Question

以下是人为的例子。显然，编译器优化将极大地改变最终结果。但是，我不能强调这一点：通过暂时禁用优化，我打算在堆栈使用上有一个上限，可能，我希望进一步的编译器优化可以改善这种情况。

仅以GCC为中心的讨论。我希望能够很好地控制自动变量从堆栈中释放的方式。使用块确定范围并不能确保在自动变量超出范围时释放内存。据我所知，函数可以确保这一点。

然而，在内联时，情况如何？例如：

inline __attribute__((always_inline)) void foo()
{
    uint8_t buffer1[100];
    // Stack Size Measurement A
    // Do something 
}

void bar()
{
    foo();
    uint8_t buffer2[100];
    // Stack Size Measurement B
    // Do something else
}

我总是期望在测量点B，堆栈只包含buffer2并且buffer1已被释放？

除了函数调用（导致额外的堆栈使用）之外，还有什么办法可以很好地控制堆栈释放吗？

Answer 1

我希望能够很好地控制自动变量从堆栈中释放的方式。

这里有很多混乱。 optimizing compiler只能在automatic variables中存储一些registers，而不使用调用框架中的任何插槽。 C语言规范（n1570）不需要任何调用堆栈。

并且调用帧中的给定寄存器或槽可以用于不同目的（例如，函数的不同部分中的不同自动变量）。 Register allocation是编译器的重要角色。

我是否总能指望在测量点B，堆栈只包含缓冲区2并且缓冲区1已被释放？

当然不是。编译器可以证明，在代码的某个稍后阶段，buffer1的空间不再有用，因此将该空间重用于其他目的。

有什么方法可以很好地控制堆栈解除分配吗？

否，没有。 call stack是一个实现细节，可能不会被编译器和生成的代码使用（或者在您的观点中被滥用＆＃34;）。

对于一些愚蠢的例子，如果buffer1中没有使用foo，编译器可能不会为它分配空间。一些聪明的编译器可能只在其中分配8个字节，如果它们可以证明只有buffer1的8个第一个字节是有用的。

更严重的是，在某些案例中，GCC可以进行tail-call优化。

您应该对-fstack-reuse=all，-Os感兴趣invoking GCC， -Wstack-usage=256，-fstack-usage和其他选项。

当然，具体的堆栈使用取决于优化级别。您还可以检查生成的汇编程序代码，例如与-S -O2 -fverbose-asm

例如，以下代码e.c：

int f(int x, int y) {
    int t[100];
    t[0] = x;
    t[1] = y;
    return t[0]+t[1];
}

在Linux / Debian / x86-64上使用gcc -S -fverbose-asm -O2 e.c使用GCC8.1编译时在e.s中提供

        .text
        .p2align 4,,15
        .globl  f
        .type   f, @function
f:
.LFB0:
        .cfi_startproc
# e.c:5:      return t[0]+t[1];
        leal    (%rdi,%rsi), %eax       #, tmp90
# e.c:6: }
        ret     
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   f, .-f

并且您看到堆栈帧不增长100 * 4字节。情况仍然如此：

int f(int x, int y, int n) {
    int t[n];
    t[0] = x;
    t[1] = y;
    return t[0]+t[1];
}

实际上生成与上面相同的机器代码。如果不是上面的+而是调用某些inline int add(int u, int v) { return u+v; }，则生成的代码不会更改。

请注意as-if rule以及undefined behavior的棘手概念（如果上面n为1，则为UB）。

Answer 2

我是否总能指望在测量B时，堆栈只包含缓冲区2并且缓冲区1已被释放？

没有。它将取决于GCC版本，目标，优化级别，选项。

除了函数调用（导致额外的堆栈使用）之外，还有什么办法可以很好地控制堆栈释放吗？

您的要求是如此具体，我猜您可能必须自己编写汇编程序中的代码。

Answer 3

mov BYTE PTR [rbp-20], 1和mov BYTE PTR [rbp-10], 2仅显示堆栈帧中堆栈指针的相对偏移量。在考虑运行时情况时，它们具有相同的峰值堆栈使用率。

使用inline有两个不同之处： 1）在函数调用模式下，从foo（）退出时将释放buffer1。但是在内联方法中，缓冲区1在从bar（）退出之前不会被保留，这意味着峰值堆栈的使用将持续更长的时间。 2）函数调用会增加一些开销，例如保存堆栈帧信息，与内联模式进行比较

内联和堆栈帧控制

3 个答案: