在大多数现代系统中，堆栈增长的方向是什么？

Posted 2021-03-29

我正在准备C中的一些培训材料，我希望我的示例适合典型的堆栈模型。

C堆栈在Linux，Windows，Mac OSX（PPC和x86），Solaris和最新的Unix中的发展方向是什么？

答案

堆栈增长通常不依赖于操作系统本身，而是依赖于正在运行的处理器。例如，Solaris在x86和SPARC上运行。 Mac OSX（正如你所提到的）在PPC和x86上运行。从我的大工作室'System z'到puny little wristwatch，Linux运行起来。

如果CPU提供任何类型的选择，操作系统使用的ABI /调用约定指定如果您希望代码调用其他人的代码，则需要做出哪种选择。

处理器及其方向是：

• x86：下来。
• SPARC：可选择。标准ABI使用了down。
• PPC：我觉得失望了。
• System z：在一个链表中，我不会嘲笑你（但至少对于zLinux来说还是如此）。
• ARM：可选，但Thumb2仅具有向下的紧凑编码（LDMIA =增量之后，STMDB =减量之前）。
• 6502：向下（但只有256个字节）。
• RCA 1802A：任何您想要的方式，受SCRT实施的约束。
• PDP11：向下。
• 8051：起来。

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在最后几个显示我的年龄，1802是用于控制早期航天飞机的芯片（感觉门是否打开，我怀疑，基于它具有的处理能力:-)和我的第二台电脑，COMX-35（跟随我ZX80）。

PDP11的详细信息来自here，来自here的8051详细信息。

SPARC架构使用滑动窗口寄存器模型。体系结构可见的细节还包括寄存器窗口的循环缓冲区，这些缓冲区在内部有效并缓存，在上溢/下溢时具有陷阱。有关详细信息，请参阅here。作为the SPARCv8 manual explains，SAVE和RESTORE指令类似于ADD指令和寄存器窗口旋转。使用正常数而不是通常的负数会产生向上增长的堆栈。

上述SCRT技术是另一种 - 1802使用了一些或十六个16位寄存器用于SCRT（标准呼叫和返回技术）。一个是程序计数器，您可以使用任何寄存器作为具有SEP Rn指令的PC。一个是堆栈指针，两个总是设置为指向SCRT代码地址，一个用于调用，一个用于返回。没有登记册以特殊方式处理。请记住这些细节来自记忆，它们可能不完全正确。

例如，如果R3是PC，则R4是SCRT调用地址，R5是SCRT返回地址，R2是“堆栈”（引用它在软件中实现），SEP R4将R4设置为PC并开始运行SCRT呼叫代码。

然后它将R3存储在R2“堆栈”上（我认为R6用于临时存储），向上或向下调整它，获取R3之后的两个字节，将它们加载到R3中，然后执行SEP R3并在新地址运行。

要返回，它将SEP R5将旧地址从R2堆栈中拉出，向其添加两个（跳过调用的地址字节），将其加载到R3和SEP R3以开始运行前面的代码。

在所有6502/6809 / z80基于堆栈的代码之后，很难将你的头部包裹起来，但仍然优雅地以一种砰然一碰你的方式。此外，该芯片的一大卖点是全套16个16位寄存器，尽管事实上你会立即丢失其中的7个（SCRT为5个，DMA为2个，内存为中断）。啊，营销胜过现实的胜利:-)

System z实际上非常相似，使用其R14和R15寄存器进行呼叫/返回。

另一答案

在C ++（适应C）stack.cc：

static int
find_stack_direction ()
{
    static char *addr = 0;
    auto char dummy;
    if (addr == 0)
    {
        addr = &dummy;
        return find_stack_direction ();
    }
    else
    {
        return ((&dummy > addr) ? 1 : -1);
    }
}

另一答案

增长的优点是在较旧的系统中，堆栈通常位于内存的顶部。程序通常从底部开始填充内存，因此这种内存管理最小化了测量堆栈底部和将堆栈底部置于合理位置的需要。

另一答案

堆栈在x86上增长（由体系结构定义，弹出增量堆栈指针，推送减量。）

另一答案

在MIPS中没有push / pop指令。所有推送/弹出都是通过相对于堆栈指针加载/存储显式完成的，然后手动调整$sp指针。然而，由于所有寄存器（$0除外）都是通用的，理论上任何寄存器都可以是堆栈指针，并且堆栈可以在程序员想要的任何方向上增长。 MIPS ABI通常会向下发展。

在Intel 8051中，堆栈增长，可能是因为内存空间非常小（原始版本为128字节），因此没有堆，您不需要将堆栈放在最顶层，以便它可以与堆增长分离从底部。

另一答案

它增长了，因为分配给程序的内存具有“永久数据”，即程序本身在底部的代码，然后是中间的堆。你需要另一个固定点来引用堆栈，这样你就可以了。这意味着堆栈向下增长，直到它可能与堆上的对象相邻。

另一答案

在大多数系统上，堆栈都在增长，我在https://gist.github.com/cpq/8598782的文章解释了为什么它会逐渐减少。原因是这是两个不断增长的内存区域（堆和堆栈）的最佳布局。

另一答案

这个宏应该在没有UB的情况下在运行时检测它：

#define stk_grows_up_eh() stk_grows_up__(&(char){0})
_Bool stk_grows_up__(char *ParentsLocal);

__attribute((__noinline__))
_Bool stk_grows_up__(char *ParentsLocal) { 
    return (uintptr_t)ParentsLocal < (uintptr_t)&ParentsLocal;
}

另一答案

只是对其他答案的一个小补充，据我所知，没有触及这一点：

使堆栈向下增长使得堆栈内的所有地址相对于堆栈指针具有正偏移。不需要负偏移，因为它们只会指向未使用的堆栈空间。当处理器支持堆栈指针相对寻址时，这简化了对堆栈位置的访问。

许多处理器具有允许相对于某些寄存器具有仅正偏移的访问的指令。这些包括许多现代建筑，以及一些旧建筑。例如，ARM Thumb ABI提供堆栈指针相对访问，在单个16位指令字内编码正偏移。

如果堆栈向上增长，相对于堆栈指针的所有有用偏移将是负的，这不太直观且不太方便。它也与寄存器相对寻址的其他应用不一致，例如用于访问结构的字段。