汇编语言运行时堆栈(内存数组)

运行时堆栈是内存数组,CPU 用 ESP(扩展堆栈指针,extended stack pointer)寄存器对其进行直接管理,该寄存器被称为堆栈指针寄存器(stack pointer register)。

32位模式下,ESP 寄存器存放的是堆栈中某个位置的 32 位偏移量。ESP 基本上不会直接被程序员控制,反之,它是用 CALL、RET、PUSH 和 POP 等指令间接进行修改。

ESP 总是指向添加,或压入(pushed)到栈顶的最后一个数值。为了便于说明,假设现有一个堆栈,内含一个数值。如下图所示,ESP 的内容是十六进制数 0000 1000,即刚压入堆栈数值(0000 0006)的偏移量。在图中,当堆栈指针数值减少时,栈顶也随之下移。

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上图中,每个堆栈位置都是32位长,这 是32位模式下运行程序的情形。

运行时堆栈工作于系统层,处理子程序调用。堆栈 ADT 是编程结构,通常用高级编程语言编写,如 C++ 或 Java。它用于实现基于后进先出操作的算法。

入栈操作

32 位入栈操作把栈顶指针减 4,再将数值复制到栈顶指针指向的堆栈位置。下图展示了把 0000 00A5 压入堆栈的结果,堆栈中已经有一个数值(0000 0006)。注意,ESP 寄存器总是指向最后压入堆栈的数据项。

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上图中显示的堆栈顺序与之前示例给出的盘堆栈顺序相反,这是因为运行时堆栈在内存中是向下生长的,即从高地址向低地址扩展。入栈之前, ESP=0000 1000h;入栈之后,ESP=0000 0FFCh。下图显示了同一个堆栈总共压入 4 个整数之后的情况。

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出栈操作

出栈操作从堆栈删除数据。数值弹岀堆栈后,栈顶指针增加(按堆栈元素大小),指向堆栈中下一个最高位置。下图展示了数值 0000 0002 弹出前后的堆栈情况。

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ESP 之下的堆栈域在逻辑上是空白的,当前程序下一次执行任何数值入栈操作指令都可以覆盖这个区域。

堆栈应用

运行时堆栈在程序中有一些重要用途:

  • 当寄存器用于多个目的时,堆栈可以作为寄存器的一个方便的临时保存区。在寄存器被修改后,还可以恢复其初始值。
  • 执行 CALL 指令时,CPU 在堆栈中保存当前过程的返回地址。
  • 调用过程时,输入数值也被称为参数,通过将其压入堆栈实现参数传递。
  • 堆栈也为过程局部变量提供了临时存储区域。
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