函数调用与空间分配

    咱们在编程序的时候，都会把某一个特定功能封装在一个函数里面，对外暴露一个接口，而隐藏了函数行为的具体实现，一个大型的复杂系统里面包含了不少这样的小函数，咱们称之为过程。

    过程是相对独立的小模块，系统的运行须要这些过程的紧密合做，这种合做就是函数调用。

    在一个函数执行时调用别的函数，好比 P 调用 Q，须要执行一些特定的动做。传递控制，在调用 Q 以前，控制权在 P 的手里，既然要调用 Q，那么就须要把控制权交给 Q；传递数据，就是函数传参；分配与释放内存，在开始时，Q 可能须要位局部变量分配空间，结束时又必须释放这些存储空间。

    大多数语言都使用栈提供的先进后出机制来管理内存，x86-64 能够经过通用寄存器传递最多 6 个整数值（整数或地址），若是超过 6 个，那就须要在栈中分配内存，而且经过栈传递参数时，全部数据的大小都要向 8 的倍数对齐。将控制权从 P 转交给 Q，只须要将 PC（程序计数器）的值置为 Q 代码的起始位置，并记录好 P 执行的位置，方便 Q 执行完了，继续执行 P 剩余的代码。

    在函数的传参、执行中，多多少少都须要空间来保存变量，局部数据能保存在寄存器中就会保存在寄存器中，若是寄存器不够，将会保存在内存中。除了寄存器不够用的状况，还有数组、结构体和地址等局部变量都必须保存在内存中。分配内存很简单，只须要减少栈指针的值就好了，一样释放也只须要增长栈指针。

    在函数执行过程当中，处理栈指针%rsp，其它寄存器都被分类为被调用者保存寄存器，即当过程 P 调用过程 Q 时，Q 必须保存这些寄存器的值，保证它们的值在 Q 返回到 P 时与 Q 被调用时是同样的。

    因此递归也就不难理解了，初学算法总以为递归有点奇妙，怎么本身调用本身，而实际上对于计算机来讲，它和调用其它函数没什么区别，在计算机眼里，没有自身与其它函数的区别，全部被调用者都是其它人。

    数组是编程中不可或缺的一种结构，“数组是分配在连续的内存中”这句话已经烂熟于心了，历史上，C 语言只支持大小在编译时就能肯定的多维数组，这个多多少少有一些不便利，因此在ISO C99标准中就引入了新的功能，容许数组的维度是表达式。

int A[expr1][expr2]
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    由于数组是连续的内存，因此很容易就能访问到指定位置的元素，它经过首地址加上偏移量便可计算出对应元素的地址，这个偏移量必定意义上就是由索引给出。

    好比如今有一个数组A，那么A[i]就等同于表达式* (A + i)，这是一个指针运算。C 语言的一大特性就是指针，既是优势也是难点，单操做符&和*能够产生指针和简介引用指针，也就是，对于一个表示某个对象的表达式expr，&expr给出该对象地址的一个指针，而对于一个表示地址的表达式Aexpr，*Aexpr给出该地址的值。

    即便咱们建立嵌套（多维）数组，上面的通常原则也是成立的，好比下面的例子。

int A[5][3];

// 上面声明等价于下面
typedef int row3_t[3];
row3_t A[5];
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    这个数组在内存的中就是下面那个样子的。

    还有一个重要的概念叫作数据对齐，即不少计算机系统要求某种类型的对象的地址必须是某个值 K（通常是二、4 或 8）的倍数，这种限制简化了处理器和内存接口之间的设计，甚至有的系统没有进行数据对齐，程序就没法正常运行。

    好比如今有一个以下的结构体。

struct S1 {
    int i;
    char c;
    int j;
}
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    若是编译器用最小的 9 字节分配，那么将是下面的这个样子。

    可是上面这种结构没法知足 i 和 j 的 4 字节对齐要求，因此编译器会在 c 和 j 之间插入 3 个字节的间隙。

    在极客时间专栏中有这样一段代码。

int main(int argc, char *argv[]){
    int i = 0;
    int arr[3] = {0};
    for(; i <= 3; i++){
        arr[i] = 0;
        printf("Hello world!\n");
    }
    return 0;
}
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    这段代码神奇的是在某种状况下会一直循环的输出Hello world，并不会结束，在计算机系统漫游（补充）中也提到过。

    形成上面这种结果是由于函数体内的局部变量存在栈中，而且是连续压栈，而 Linux 中栈又是从高向低增加。数组arr中是 3 个元素，加上 i 是 4 个元素，恰好知足 8 字节对齐（编译器 64 位系统下默认会 8 字节对齐），变量i在数组arr以前，即i的地址与arr相邻且比它大。

    代码中很明显访问数组时越界了，当i为 3 时，实际上正好访问到变量i的地址，而循环体中又有一句arr[i] = 0;，即又把i的值设置为了 0，由此就致使了死循环。