函数调用与空间分配

    我们在编程序的时候，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很多这样的小函数，我们称之为过程。

    过程是相对独立的小模块，系统的运行需要这些过程的紧密合作，这种合作就是函数调用。

    在一个函数执行时调用别的函数，比如 P 调用 Q，需要执行一些特定的动作。，在调用 Q 之前，控制权在 P 的手里，既然要调用 Q，那么就需要把控制权交给 Q；，就是函数传参；，在开始时，Q 可能需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 可以通过通用寄存器传递最多 6 个整数值（整数或地址），如果超过 6 个，那就需要在栈中分配内存，并且通过栈传递参数时，所有数据的大小都要向 8 的倍数对齐。将控制权从 P 转交给 Q，只需要将 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，多多少少都需要空间来保存变量，局部数据能保存在寄存器中就会保存在寄存器中，如果寄存器不够，将会保存在内存中。除了寄存器不够用的情况，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，只需要减小栈指针的值就行了，同样释放也只需要增加栈指针。

    在函数执行过程中，处理栈指针，其它寄存器都被分类为，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 被调用时是一样的。

    所以递归也就不难理解了，初学算法总觉得递归有点奇妙，怎么自己调用自己，而实际上对于计算机来说，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，所有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确定的多维数组，这个多多少少有一些不便利，所以在标准中就引入了新的功能，允许数组的维度是表达式。

    因为数组是连续的内存，所以很容易就能访问到指定位置的元素，它通过首地址加上偏移量即可计算出对应元素的地址，这个偏移量一定意义上就是由索引给出。

    比如现在有一个数组，那么就等同于表达式，这是一个指针运算。C 语言的一大特性就是指针，既是优点也是难点，单操作符和可以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，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，给出该地址的值。

    即使我们创建嵌套（多维）数组，上面的一般原则也是成立的，比如下面的例子。

    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做，即很多计算机系统要求某种类型的对象的地址必须是某个值 K（一般是2、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，程序就无法正常运行。

    比如现在有一个如下的结构体。

    如果编译器用最小的 9 字节分配，那么将是下面的这个样子。

    但是上面这种结构无法满足 i 和 j 的 4 字节对齐要求，所以编译器会在 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。

    这段代码神奇的是在某种情况下会一直循环的输出，并不会结束，在

计算机系统漫游（补充）

中也提到过。

    造成上面这种结果是因为函数体内的局部变量存在栈中，并且是连续压栈，而 Linux 中栈又是从高向低增长。数组中是 3 个元素，加上 i 是 4 个元素，刚好满足 8 字节对齐（编译器 64 位系统下默认会 8 字节对齐），变量在数组之前，即的地址与相邻且比它大。

    代码中很明显访问数组时越界了，当为 3 时，实际上正好访问到变量的地址，而循环体中又有一句，即又把的值设置为了 0，由此就导致了死循环。