栈和函数调用惯例

栈是很重要的一种数据结构，调用函数，创建局部变量都会压栈，函数究竟是怎么调用的呢，通常是将函数参数压栈，将下一条指令地址压栈，然后跳转到函数体内执行，函数体内大概是这样：

push ebp        // 保存ebp
mov ebp, esp    // 重新设置ebp
sub esp x       // 分配栈上临时空间 
[push reg]      // 保存寄存器  
                // 
...             // 实际函数内容
                // 
[pop reg]       // 恢复寄存器
mov esp, ebp    // 回收栈临时空间 
pop ebp         // 恢复ebp
ret             // 函数返回

但，函数调用还有一些问题：被调用函数是怎么知道函数参数的位置的？这些函数参数由谁负责清理？这需要一些约定，而这个约定就是函数调用惯例。通常来说，函数调用惯例包括下面几个方面：

• 函数参数的传递顺序和方式；
• 栈的维护方式；
• 名字修饰的方法；

几种常见的调用惯例：

调用惯例	出栈方	参数传递	名字修饰
cdecl	函数调用方	从右至左	下划线+函数名
stdcall	函数本身	从右至左	下划线+函数名+@+参数字节数
fastcall	函数本身	前两个不大于DWORD的参数放入寄存器从右至左	@+函数名+@+参数字节数
pascal	函数本身	从左至右	比较复杂
thiscall	函数本身	从右至左，this指针当做第一参数或放入寄存器	C++名字修饰比较复杂

还剩一个问题，函数返回值是怎么传递的呢？大致如下：

• 对于5-8字节的对象，用eax+edx传递(32位)；
• 较大的对象，先在栈上开辟一片临时空间，将临时空间的地址传入函数，函数将返回值放在临时空间里，之后从临时空间里拷贝出返回值；

##　堆与内存管理

Linux下有两种堆空间分配方式：

• brk()：设置进程数据段的结束地址，如果扩大数据段，扩大部分就可以被用作堆空间；
• mmap()：mmap将一个文件映射到虚拟地址空间里，如果不用文件，使用MAP_ANONYMOUS，这可以用这块匿名空间当堆空间；

堆分配算法：

• 空闲链表；
• 位图；
• 对象池；

入口函数

程序真的从main函数开始吗？当程序进入main函数中时，栈、堆、argc、argv、stdout等一系列东西都初始化好了，这些正是入口函数做的。从操作系统角度来看程序的运行：

• 根据ELF文件头找到入口地址，可能进行动态链接，之后控制权交给程序入口，即入口函数；
• 入口函数对程序运行环境进行初始化，包括堆、栈、I/O、线程、全局变量、环境变量、命令行参数等；
• 调用main函数，执行函数本体；
• main函数执行完后，返回到入口函数，入口函数进行清理工作；
• 调用exit(_exit)结束进程；

##　运行库

任何一个程序，想要执行，背后都需要很多代码来支撑，这不仅包括入口函数，还有其依赖的一系列函数，以及标准库，这么一个代码集合就称之为运行库。

Ｃ中变长参数的实现：全靠cdecl调用惯例，从栈上获取变长的参数，当然，长度就要靠程序员了。

系统调用

系统调用是一种软中断，中断号是0x80，调用方式如下：

• eax里填系统调用号，ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp里存放至多六个系统调用参数；
• int 0x80，触发中断，陷入内核；
• 进行栈切换，因为用户态和内核态使用的栈不同，实际行为是保存用户栈esp和ss的值，并设置esp和ss为内核栈的值；
• 查找中断向量表，找到中断号对应的中断处理程序，这里就是0x80，进行系统调用；
• 根据寄存器里的系统调用号和系统调用参数，进行系统调用；