堆棧、內存堆和匯編代碼的關系

Question

我試圖更詳細地了解 C/C++ 代碼的編譯過程及其內存管理。 假設以下代碼：

#include <iostream>

int main() {
    int a = 5;
    int *b = (int *) malloc(40);
    return 0;
}

我知道a和b將在堆棧上創建， b值（它指向的內存）將在堆上。

編譯為程序集的代碼如下所示：

    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $16, %rsp
    movl    $40, %eax
    movl    %eax, %edi
    movl    $0, -4(%rbp)
    movl    $5, -8(%rbp)
    callq   _malloc
    xorl    %ecx, %ecx
    movq    %rax, -16(%rbp)
    movl    %ecx, %eax
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    retq

我的問題是；

a is on the stack (memory)這里是什么意思？ 根據上面的程序集， a直接嵌入到指令$5, -8(%rbp) ，沒有對內存位置的引用。 如果它在內存上，那么a的地址a什么？

我知道_malloc在堆（內存）上創建 40 個字節並返回第一個內存地址，但我看不到堆棧是如何填充的，除了從內存中提取指令本身之外，這里沒有與內存的交互。

Answer 1

堆棧（內存）上的 a 在這里是什么意思？

這意味着由變量命名的對象存儲在稱為堆棧的內存部分，也就是調用堆棧。 調用堆棧包含函數的局部自動變量。

 movl $5, -8(%rbp)

rbp是幀指針。 它指向調用堆棧的當前幀。 該指令將常量 5移動到 rbp 指向的內存中，偏移量為 -8 字節。 換句話說，這條指令初始化了棧上的變量a 。

如果它在內存上，那么a的地址是什么？

的地址a似乎是rbp - 8其中rbp是存儲在幀指針的地址。 在 C++ 領域，您可以使用 addressof 運算符來獲取地址。

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堆棧（與內存相關）、堆、幀、 rbp等都不是由 C++ 語言定義的。 這些詞在特定 CPU 架構的上下文中具有意義。

Answer 2

語言中沒有任何內容表明a將在堆棧中。 編譯器有權把它放在任何它想要的地方； 特別是，如果它不需要把它放在任何地方，它就沒有必要。

將 5 放入變量a后就不再使用它，因此一個體面的優化器會完全丟棄該行。

然而，你的具體情況，這在我看來就像a真的是在棧上。 它位於 %rbp 中幀指針的 -8 字節處。 這就是說，地址a是-8（％RBP），或“RBP寄存器的值，減去8”，這是非常接近的堆棧的頂部。

以獲得更詳細的信息。 堆棧存在於內存中。 讓我們假設堆棧在內存中向下增長（這是常規的），以便堆棧的“頂部”向更小的地址增長。 有一個“堆棧指針”指向堆棧的頂部，即添加到堆棧中的最后一個事物的地址（我在這里說的是一般性）。

要分配 N 字節的堆棧空間，只需從堆棧指針中減去 N。 生成的代碼通常在一條指令中完成此操作，因為它知道輸入函數所需的總空間。 要釋放該空間，代碼可以 (a) 添加 N，或 (b) 恢復堆棧指針的減法前值，該值已保存在某處。 選擇實際上是定義了編譯器系統想要如何管理堆棧的更精細的細節。

有可能用於堆棧管理的輔助寄存器。 一個常見的就是有一個“幀指針”，這就是 %rbp 在這里填充的作用。