运行时栈帧结构

拼搏现实的明天。 2021-11-26 15:30 458阅读 0赞

## 什么是栈帧 ##

栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈（Virtual Machine Stack） \[1\]的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。

## 结构图 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE5MTA3MDEx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  局部变量表  
    局部变量表（Local Variable Table）是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量，存在方法的Code属性的Max\_locals数据项中。
 *  操作数栈  
    操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出（Last In First Out,LIFO）栈。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入到Code属性的max\_stacks数据项中。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型，包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1，64位数据类型所占的栈容量为2。在方法执行的任何时候，操作数栈的深度都不会超过在max\_stacks数据项中设定的最大值。
 *  动态连接  
    每个栈帧都包含一个指向运行时常量池 \[1\]中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。
 *  方法返回地址

## 小总结 ##

总结一下上面JVM里面运行时栈帧的情况，下面我开下脑洞，我想看一下c语言在编译的时候是怎么创建栈帧的。

## 类比C语言的编译过程中的一些情况 ##

### 编译过程 ###

gcc这个是驱动程序，用来安排编译的文件情况。  
编译的过程大概如下图：预编译(文件包含，宏定义、条件编译）-编译-汇编-连接  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE5MTA3MDEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 编译一个简单的文件xun.c ###

root@miv:~/learn# cat xun.c 
    #include <stdio.h>
     
    int main()
    {
       /* 我的第一个 C 程序 */
       printf("Hello, World! \n");
       
       return 0;
    }
    root@miv:~/learn# gcc -v xun.c 
    Using built-in specs.
    COLLECT_GCC=gcc
    COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/lto-wrapper
    OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none
    OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
    ...

## 预编译、编译的阶段出现.cfi指令 ##

使用命令：gcc -S my\_c\_file  
发现有一些.cfi指令

root@miv:~/learn# gcc -S xun.c 
    root@miv:~/learn# ls
    a.out  xun.c  xun.i  xun.s
    root@miv:~/learn# cat xun.s 
    	.file	"xun.c"
    	.text
    	.section	.rodata
    .LC0:
    	.string	"Hello, World! "
    	.text
    	.globl	main
    	.type	main, @function
    main:
    .LFB0:
    	.cfi_startproc
    	pushq	%rbp
    	.cfi_def_cfa_offset 16
    	.cfi_offset 6, -16
    	movq	%rsp, %rbp
    	.cfi_def_cfa_register 6
    	leaq	.LC0(%rip), %rdi
    	call	puts@PLT
    	movl	$0, %eax
    	popq	%rbp
    	.cfi_def_cfa 7, 8
    	ret
    	.cfi_endproc
    .LFE0:
    	.size	main, .-main
    	.ident	"GCC: (Debian 8.3.0-6) 8.3.0"
    	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

".cfi"开头的伪指令是辅助汇编器创建栈帧（stack frame）信息的。还有一部分是伪指令，  
伪指令是不参与CPU运行的，只指导编译链接过程。  
栈帧结构图大概如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE5MTA3MDEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## gcc命令 ##

*  编译、汇编、连接  
    gcc -v my\_c\_file
 *  预编译  
    gcc -E my\_c\_file -o my\_c\_file.i
 *  预编译、编译  
    gcc -S my\_c\_file

## 总结 ##

其实上面第一个角度是从Java的JVM角度看栈帧，第二个角度是分析c语言编译过程中的一个情况，这里涉及到方法调用，那么会有一些辅助的代码创建栈帧。  
还没去看虚拟机源码，暂时就这可以通过这个角度看下，扩展一些知识面。

## 参考 ##

《深度探索Linux操作系统》  
《深入理解Java虚拟机》

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