第四十三章：函数调用与运行栈

复习

• 函数把一组步骤命名，并通过参数接收输入、通过返回值交回结果。
• CPU 的程序计数器必须知道下一条要执行的指令。

TL;DR

• 调用函数时，程序需要保存返回位置和这次调用的数据。
• 运行栈按“后放先取”的顺序保存这些信息。
• 每次调用都会形成一个栈帧，调用结束后再撤掉它。

正文

　　执行 best = larger(apples, pears) 时，程序不能只跳到 larger 的开头。它还要记住：函数完成后，应回来继续执行赋值语句后面的内容。要是函数又调用另一个函数，待返回的位置会更多。

　　计算机通常在内存中留出一片连续区域，叫作运行栈（stack）。它像一摞盘子：新信息放在最上面，取走时也先取最上面的。调用函数时，程序会压入返回地址、参数或其他需要保留的内容；函数结束时，再按相反顺序取回。

栈顶 → ┌────────────────┐
       │ 当前函数的局部变量 │
       ├────────────────┤
       │ 返回到调用者的地址 │
       ├────────────────┤
       │ 调用者留下的信息   │
       └────────────────┘

　　其中属于“一次调用”的那一小块记录，称为栈帧。它通常包括返回地址、参数、局部变量，以及保存的部分寄存器值。函数返回时，当前栈帧被移除，上一层调用的现场便重新露出来。

　　这解释了为什么同一个函数可以同时为不同任务工作，也解释了递归函数为什么可行：函数甚至可以调用自己，只要每次调用都有自己的栈帧。不过栈不是无限的。递归没有停止条件，或调用层数极深，就会耗尽这片空间，形成“栈溢出”。

　　我们现在已看见函数的运行痕迹：指令在一处，数据在别处，调用又临时占用一片栈。下一章把这些内容放进同一张程序内存地图里。

思考题

函数 A 调用 B，B 再调用 C。C 返回后为什么应先回到 B，而不是直接回到 A？

小结

知识点

• 返回地址使函数完成后能继续调用者的后续代码。
• 栈遵循后进先出，适合嵌套调用。
• 栈帧保存一次函数调用所需的现场。

参考资料

• Randal Bryant、David O’Hallaron，《深入理解计算机系统》

思考题答案（仅供参考）

　　B 调用 C 时，B 的后续工作尚未完成。C 的返回地址位于栈顶，先取出它就会回到 B；B 完成后才会取回返回 A 的地址。

协议

本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 协议发布。