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更新时间：2007-7-9
l 栈
栈作为一种基本数据结构，我并不感到惊讶，用来实现函数调用，这也司空见惯的作法。直到我试图找到另外一种方式实现递归操作时，我才感叹于它的巧妙。要实现递归操作，不用栈不是不可能，而是找不出比它更优雅的方式。
尽管大多数编译器在优化时，会把常用的参数或者局部变量放入寄存器中。但用栈来管理函数调用时的临时变量（局部变量和参数）是通用做法，前者只是辅助手段，且只在当前函数中使用，一旦调用下一层函数，这些值仍然要存入栈中才行。
通常情况下，栈向下（低地址）增长，每向栈中PUSH一个元素，栈顶就向低地址扩展，每从栈中POP一个元素，栈顶就向高地址回退。一个有兴趣的问题：在x86平台上，栈顶寄存器为ESP，那么ESP的值在是PUSH操作之前修改呢，还是在PUSH操作之后修改呢？PUSH ESP这条指令会向栈中存入什么数据呢？据说x86系列CPU中，除了286外，都是先修改ESP，再压栈的。由于286没有CPUID指令，有的OS用这种方法检查286的型号。
一个函数内的局部变量以及其调用下一级函数的参数，所占用的内存空间作为一个基本的单元，称为一个帧(frame)。在gdb里，f 命令就是用来查看指定帧的信息的。在两个frame之间通过还存有其它信息，比如上一层frame的分界地址(EBP)等。
关于栈的基本知识，就先介绍这么多，我们下面来看看一些关于栈的技巧及应用：
1. backtrace的实现
callstack调试器的基本功能之一，利用此功能，你可以看到各级函数的调用关系。在gdb中，这一功能被称为backtrace，输入bt命令就可以看到当前函数的callstack。它的实现多少有些有趣，我们在这里研究一下。
我们先看看栈的基本模型
参数N
↓高地址
参数…
函数参数入栈的顺序与具体的调用方式有关
参数 3
参数 2
参数 1
EIP
返回本次调用后，下一条指令的地址
EBP
保存调用者的EBP，然后EBP指向此时的栈顶。
临时变量1
临时变量2
临时变量3
临时变量…
临时变量5
↓低地址
要实现callstack我们需要知道以下信息：
l 调用函数时的指令地址（即当时的EIP）。
l 指令地址对应的源代码代码位置。
关于第一点，从上表中，我们可以看出，栈中存有各级EIP的值，我们取出来就行了。用下面的代码可以轻易实现：
#include <stdio.h>
int backtrace(void** BUFFER, int SIZE)
{
int n = 0;
int* p = &n;
int i = 0;
int ebp = p[1];
int eip = p[2];
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
BUFFER[i] = (void*)eip;
p = (int*)ebp;
ebp = p[0];
eip = p[1];
}
return SIZE;
}
#define N 4
static void test2()
{
int i = 0;
void* BUFFER[N] = {0};
backtrace(BUFFER, N);
for(i = 0; i < N; i++)
{
printf("%p\n", BUFFER[i]);
}
return;
}
static void test1()
{
test2();
}
static void test()
{
test1();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
test();
return 0;
}
程序输出：
0x8048460
0x804849c
0x80484a9
0x80484cc
关于第二点，如何把指令地址与行号对应起来，这也很简单。可以从MAP文件或者ELF中查询。Binutil带有一个addr2line的小工具，可以帮助实现这一点。
[root@linux bt]# addr2line 0x804849c -e bt.exe
/root/test/bt/bt.c:42
2. alloca的实现
大家都知道动态分配的内存，一定要释放掉，否则就会有内存泄露。可能鲜有人知，动态分配的内存，可以不用释放。Alloca就是这样一个函数，最后一个a代表auto，即自动释放的意思。
Alloca是在栈中分配内存的。即然是在栈中分配，就像其它在栈中分配的临时变量一样，在当前函数调用完成时，这块内存自动释放。
正如我们前面讲过，栈的大小是有限制的，普通线程的栈只有10M大小，所以在分配时，要量力而行，且不要分配过大内存。
Alloca可能会渐渐的退出历史舞台，原因是新的C/C++标准都支持变长数组。比如int array[n]，老版本的编译器要求n是常量，而新编译器允许n是变量。编译器支持的这一功能完全可以取代alloca。
这不是一个标准函数，但像linux和win32等大多数平台都支持。即使少数平台不支持，要自己实现也不难。这里我们简单介绍一下alloca的实现方法。
我们先看看一个小程序，再看看它对应的汇编代码，一切都清楚了。
#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
int n = 0;
int* p = alloca(1024);
printf("&n=%p p=%p\n", &n, p);
return 0;
}
汇编代码为：
int main(int argc, char* argv[])
{
8048394: 55 push
