从一个新手容易混淆的例子简单分析C语言中函数调用过程

某天，王尼玛写了段C程序：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 void input()
 4 {
 5     int i;
 6     int array[20];
 7     for(i = 0; i < 20; i++)
 8     {
 9         array[i] = i;
10     }
11 }
12 
13 void output()
14 {
15     int i;
16     int array[20];
17     for(i = 0; i < 20; i++)
18     {
19         printf("%d\n", array[i]);
20     }
21 }
22 
23 int main()
24 {
25     input();
26     output();
27     while(1){}
28     return 0;
29 }

　　这段代码的目的很简单，在input函数中定义了array[20]并赋值，在output函数中输出，运行结果如下：

　　Nice Work！

　　But……在input()后来一发printf()呢？？？？？

1  int main()
2  {
3      input();
4      printf("any string");
5      output();
6      while(1){}
7      return 0;
8  }

　　其实，只要学过一段时间的C语言的童鞋就会发现，刚刚开始那俩函数里定义的array[20]就出问题了，这俩array压根儿没关系，如果遇到这样的代码，第一反应就是通过参数或者全局变量的方法，让这俩array有关系。

　　But，问题来了……王尼玛是个新手，他将两个array定义成一样的名字认为他们就是同一个数组，并且，他振振有词的说，我之前的代码是没问题的，只加了个printf就出问题了，应该就是这里有问题了，怎么可能是定义array的问题？

　　尼玛，这只是巧合而已，你的第一段程序就是错的！

　　可我的输出是正确的啊……

　　这……

==============================================分割线================================================

　　其实大家都知道，问题的根源是output和input函数中的数组array虽然同名，但却不是同一个数组，只是碰巧将原先赋值的内存给输出了而已，要解释这个问题，就需要了解C语言在函数调用过程中，堆栈是如何变化的。首先必须明确一点也是非常重要的一点，栈是向下生长的，所谓向下生长是指从内存高地址->低地址的路径延伸，那么就很明显了，栈有栈底和栈顶，那么栈顶的地址要比栈底低。对x86体系的CPU而言，其中

　　---> 寄存器ebp（base pointer ）可称为“帧指针”或“基址指针”，其实语意是相同的。
　　---> 寄存器esp（stack pointer）可称为“ 栈指针”。

要知道的是：

　　---> ebp 在未受改变之前始终指向栈帧的开始，也就是栈底，所以ebp的用途是在堆栈中寻址用的。
　　---> esp是会随着数据的入栈和出栈移动的，也就是说，esp始终指向栈顶。

见下图，假设函数A调用函数B，我们称A函数为"调用者",B函数为“被调用者”则函数调用过程可以这么描述：

（1）先将调用者（A）的堆栈的基址（ebp）入栈，以保存之前任务的信息。

（2）然后将调用者（A）的栈顶指针（esp）的值赋给ebp，作为新的基址（即被调用者B的栈底）。

（3）然后在这个基址（被调用者B的栈底）上开辟（一般用sub指令）相应的空间用作被调用者B的栈空间。

（4）函数B返回后，从当前栈帧的ebp即恢复为调用者A的栈顶（esp），使栈顶恢复函数B被调用前的位置；然后调用者A再从恢复后的栈顶可弹出之前的ebp值（可以这么做是因为这个值在函数调用前一步被压入堆栈）。这样，ebp和esp就都恢复了调用函数B前的位置，也就是栈恢复函数B调用前的状态。

　　回到之前的问题，由于input函数和output函数为各自的array数组分配的空间在内存中的地址恰好相同，所以可以顺利输出其内容；但是在调用printf函数以后，由于堆栈中一部分内容被修改了，所以输出结果前半部分是正确的，后半部分是错误的。看到这里，相信有童鞋会试着运行这段代码，如果使用Turbo C，恭喜你可以获得相同的结果（上述结果在Turbo C测试截图）；如果使用Visual Studio XXXX，将得到如下结果：