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在编程时（例如，在 C 中），很多变量都保存在堆栈中。栈是一种先进先出的数据结构，我们只能弹出栈顶的值。

假设我有 100 个变量存储在堆栈中，我想获取其中一个的值，它不在堆栈的顶部。我如何得到它？操作系统是否会弹出堆栈中所有较新的变量，直到获得想要的变量，然后将它们全部推回内部？或者操作系统是否可以通过不同的方式处理堆栈内的变量？

谢谢

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I. 操作系统不会直接对您的变量做任何事情。

二、不要将堆栈视为物理堆栈（原因过于简单：它不是一个）。堆栈的元素可以直接访问，编译器会生成这样做的代码。谷歌“堆栈指针相对寻址”。

于 2013-04-10T22:07:01.960 回答
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在 C 等语言中使用的堆栈不是典型的 LIFO。它被称为堆栈，因为它的使用方式类似于LIFO：当调用一个过程时，一个新的帧被压入堆栈。框架通常包含局部变量和簿记信息，例如返回的位置。类似地，当一个过程返回时，它的帧从堆栈中弹出。

这没有什么神奇之处。编译器（不是操作系统）分配一个寄存器用作堆栈指针——我们称之为SP。按照约定，SP指向下一个空闲堆栈字的内存位置：

+----------------+ (high address)
|   argument 0   |
+----------------+
|   argument 1   |
+----------------+
| return address |
+----------------+
|    local 0     |
+----------------+
|    local 1     |
+----------------+                  +----+    
|    free slot   |  <-------------- | SP |
+----------------+ (low address)    +----+

要将值压入堆栈，我们执行以下操作（在伪汇编中）：

STORE [SP], 42 ; store the value 42 at the address where SP points
SUB SP, 1      ; move down (the stack grows down!) to the next stack location

其中符号[SP]被读作“指向的存储单元的内容SP”。一些体系结构，尤其是 x86，提供了push同时执行存储和减法的指令。要弹出（并丢弃）堆栈上的n 个顶部值，我们只需将n添加到SP*.

现在，假设我们要访问local 0上面的字段。如果我们的 CPU 有一个base+offset寻址模式就很容易了！如上图所示，假设SP指向空闲插槽。

 LOAD R0, [SP+2] ; load "local 0" into register R0

注意我们不需要先从堆栈中弹出local 0，因为我们可以使用它与堆栈指针的偏移量来引用任何字段。

根据编译器和机器架构，可能有另一个寄存器指向本地变量和参数（或附近）之间的区域。这个寄存器，通常称为帧指针，在堆栈指针移动时保持固定。

我想强调一个事实，通常情况下，操作系统根本不参与堆栈操作。内核分配初始堆栈，并可能监视其增长，但将值的推送和弹出留给用户程序。

*为简单起见，我假设机器字长为 1 个字节，这就是我们从 SP 中减去 1 的原因。在 32 位机器上，将一个字压入堆栈意味着减去（至少）四个字节。

于 2013-04-10T22:23:07.760 回答