[TOC] # 棧的概念 在計算機中，棧可以理解為一個特殊的容器，用戶可以將數據依次放入棧中，然后再將數據按照相反的順序從棧中取出。也就是說，先放入的數據最后才能取出，而最后放入的數據必須先取出。這稱為先進后出（First In Last Out）原則。 放入數據常稱為入棧或壓棧（Push），取出數據常稱為出棧或彈出（Pop）。如下圖所示  可以發現，棧底始終不動，出棧入棧只是在移動棧頂，當棧中沒有數據時，棧頂和棧底重合。 從本質上來講，棧是一段連續的內存，需要同時記錄棧底和棧頂，才能對當前的棧進行定位。在現代計算機中，通常使用`ebp`寄存器指向棧底，而使用`esp`寄存器指向棧頂。隨著數據的進棧出棧，esp 的值會不斷變化，進棧時 esp 的值減小，出棧時 esp 的值增大。 > ebp 和 esp 都是CPU中的寄存器：ebp 是 Extend Base Pointer 的縮寫，通常用來指向棧底；esp 是 Extend Stack Pointer 的縮寫，通常用來指向棧頂。 如下圖所示是一個棧的實例：  # 棧的大小以及棧溢出 對每個程序來說，棧能使用的內存是有限的，一般是 1M~8M，這在編譯時就已經決定了，程序運行期間不能再改變。如果程序使用的棧內存超出最大值，就會發生棧溢出（Stack Overflow）錯誤。 > 一個程序可以包含多個線程，每個線程都有自己的棧，嚴格來說，棧的最大值是針對線程來說的，而不是針對程序。 棧內存的大小和編譯器有關，編譯器會為棧內存指定一個最大值，在 VC/VS 下，默認是 1M，在 C-Free 下，默認是 2M，在 Linux GCC 下，默認是 8M。 當然，我們也可以通過參數來修改棧內存的大小。以 VS2010 為例，在工程名處右擊，會彈出一個菜單，選擇“屬性”，會出現一個對話框，如下圖所示：  該圖中，我們將棧內存設置為 4M。提示：棧也經常被稱為堆棧，而堆依然稱為堆，所以堆棧這個概念并不包含堆，大家要注意區分 # 棧幀/活動記錄 當發生函數調用時，會將函數運行需要的信息全部壓入棧中，這常常被稱為棧幀（Stack Frame）或活動記錄（Activate Record）。活動記錄一般包括以下幾個方面的內容： 1. 函數的返回地址，也就是函數執行完成后從哪里開始繼續執行后面的代碼。例如： ~~~ int a, b, c; func(1, 2); c = a + b; ~~~ 站在C語言的角度看，func() 函數執行完成后，會繼續執行`c=a+b;`語句，那么返回地址就是該語句在內存中的位置。 > 注意：C語言代碼最終會被編譯為機器指令，確切地說，返回地址應該是下一條指令的地址，這里之所以說是下一條C語言語句的地址，僅僅是為了更加直觀地說明問題。 2. 參數和局部變量。有些編譯器，或者編譯器在開啟優化選項的情況下，會通過寄存器來傳遞參數，而不是將參數壓入棧中，我們暫時不考慮這種情況。 3. 編譯器自動生成的臨時數據。例如，當函數返回值的長度較大（比如占用40個字節）時，會先將返回值壓入棧中，然后再交給函數調用者。 > 當返回值的長度較小（char、int、long 等）時，不會被壓入棧中，而是先將返回值放入寄存器，再傳遞給函數調用者。 4. 一些需要保存的寄存器，例如 ebp、ebx、esi、edi 等。之所以要保存寄存器的值，是為了在函數退出時能夠恢復到函數調用之前的場景，繼續執行上層函數。 下圖是一個函數調用的實例：  上圖是在Windows下使用VS2010 Debug模式編譯時一個函數所使用的棧內存，可以發現，理論上 ebp 寄存器應該指向棧底，但在實際應用中，它卻指向了old ebp。 > 在寄存器名字前面添加“old”，表示函數調用之前該寄存器的值。 當發生函數調用時： * 實參、返回地址、ebp 寄存器首先入棧； * 然后再分配一塊內存供局部變量、返回值等使用，這塊內存一般比較大，足以容納所有數據，并且會有冗余； * 最后將其他寄存器的值壓入棧中。 需要注意的是，不同編譯器在不同編譯模式下所產生的函數棧并不完全相同，例如在VS2010下選擇Release模式，編譯器會進行大量優化，函數棧的樣貌蕩然無存，不具有教學意義，所以本教程以VS2010 Debug模式為例進行分析 # 關于數據的定位 由于 esp 的值會隨著數據的入棧而不斷變化，要想根據 esp 找到參數、局部變量等數據是比較困難的，所以在實現上是根據 ebp 來定位棧內數據的。ebp 的值是固定的，數據相對 ebp 的偏移也是固定的，ebp 的值加上偏移量就是數據的地址。 例如一個函數的定義如下： ~~~ void func(int a, int b){ float f = 28.5; int n = 100; //TODO: } ~~~ 調用形式為： ~~~ func(15, 92); ~~~ 那么函數的活動記錄如下圖所示：  這里我們假設兩個局部變量挨著，并且第一個變量和 old ebp 也挨著（實際上它們之間有4個字節的空白），如此，第一個參數的地址是 ebp+12，第二個參數的地址是 ebp+8，第一個局部變量的地址是 ebp-4，第二個局部變量的地址是 ebp-8