栈帧布局
我们按照编程语言的语法定义的函数，会被编译器编译为一堆堆的机器指令，当程序运行时，可执行文件被加载到内存，这些机器指令对应到虚拟地址空间中的代码段
如图里的两个函数A和B，都会分布在代码段上。函数在执行时需要有足够的内存空间，供它存放局部变量，参数，返回值等数据，这段空间对应到虚拟地址空间里的栈。
栈从高地址往低地址扩展，栈底称为栈基BP，栈顶又称为栈指针SP，GO语言中函数栈帧布局如图
函数栈帧里一次存放着 调用者的BP, 局部变量，返回值，参数。
当在函数A中调用函数B时，操作系统会调用 call 指令，call指令只做了两件事情：
- 将下一条指令的地址入栈，也就是返回地址入栈，被调用函数执行结束后会返回到这里
- 跳转到被调用函数的入口处执行，即通过将被调用函数的入口地址设置给PC或IP寄存器
调用里call指令之后，函数栈帧变成里下面这样
可以看出，每个函数的栈帧都是一样的结构
当函数执行完时，会释放自己的栈帧，同时ret指令会被调用，它的作用也有两个
- 弹出call指令压如的返回地址
- 跳转到这个返回地址
团灭defer
有了上面的知识储备，现在来看几个例子
例子1
func main() {
a, b := 1, 2
swap(a, b)
}
func swap(a, b int) {
a, b = b, a
}
有经验的我们一定马上就知道，这次swap并没有成功，我们在栈帧层面上看看是哪里出的问题
| ... |
| main-局部变量：a = 1 | # main函数BP
| main-局部变量：b = 2 |
| main-给swap的参数: b = 2 | # 这里给swap的a和b都是值拷贝
| main-给swap参数: a = 1 |
| main-swap的返回地址 |
| main-BP |
| ... | # 这里开始进入swap函数的栈帧
注意上面main函数和swap都没有返回值，所以栈帧上也不需要分配返回值。参数入栈从右到左
进入swap函数后，swap将main给它的参数交换了，但实际上并没有改动到main里的局部变量
| ... |
| main-局部变量：a = 1 | # main函数里的局部变量不会改动
| main-局部变量：b = 2 |
| main-给swap的参数: b = 1 | # b和a交换了
| main-给swap参数: a = 2 |
| main-swap的返回地址 |
| main-BP |
| ... | # 这里开始进入swap函数的栈帧
例子2
func main() {
a, b := 1, 2
swap(&a, &b)
}
func swap(a, b *int) {
*a, *b = *b, *a
}
| ... |
| main-局部变量：a = 1 | # main函数BP
| main-局部变量：b = 2 |
| main-给swap的参数: addrB | # addrA指向a，addrB指向B
| main-给swap参数: addrA |
| main-swap的返回地址 |
| main-BP |
| ... | # 这里开始进入swap函数的栈帧
交换之后
| ... |
| main-局部变量：a = 2 | # addrA和addrB指向的数据交换了
| main-局部变量：b = 1 |
| main-给swap的参数: addrB |
| main-给swap参数: addrA |
| main-swap的返回地址 |
| main-BP |
| ... | # 这里开始进入swap函数的栈帧
例子3
带匿名返回值的例子
func main() {
var a, b int
b = incr(a)
}
func incr(a int) int {
var b int
defer func() {
a++
b++
}()
a++
b = a
return b
}
初始时的栈帧
| ... |
| main-局部变量：a = 0 | # main函数BP
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：0 |
| main-给incr的参数: a = 0 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 0 |
| ... |
执行了 a++ 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：0 |
| main-给incr的参数: a = 1 | 这里增加了1
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 0 |
| ... |
执行了 b = a 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：0 |
| main-给incr的参数: a = 1 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 1 | 这里变了
| ... |
执行 return b 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：1 | 这里变了
| main-给incr的参数: a = 1 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 1 |
| ... |
在defer里执行 a++ 和 b++ 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：1 |
| main-给incr的参数: a = 2 | 这里加1
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 2 | 这里加1
| ... |
incr的返回值赋给b之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 1 |
| main-incr的返回值：1 |
| main-给incr的参数: a = 2 | 这里加1
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| incr-局部变量: b = 2 | 这里加1
| ... |
因此最后的结果是a为0，b为1
例子4
带命名返回值的例子
func main() {
var a, b int
b = incr(a)
}
func incr(a int) (b int) {
defer func() {
a++
b++
}()
a++
return a
}
初始时的栈帧，incr上没有局部变量b
| ... |
| main-局部变量：a = 0 | # main函数BP
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：0 |
| main-给incr的参数: a = 0 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| ... |
执行了 a++ 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：0 |
| main-给incr的参数: a = 1 | # 这里变了
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| ... |
执行了 return a 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：1 | # 这里变了
| main-给incr的参数: a = 1 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| ... |
在defer里执行 a++ 和 b++ 之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 0 |
| main-incr的返回值：2 | # 这里变了
| main-给incr的参数: a = 2 | # 这里变了
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| ... |
incr的返回值赋给b之后
| ... |
| main-局部变量：a = 0 |
| main-局部变量：b = 2 | # 这里变了
| main-incr的返回值：2 |
| main-给incr的参数: a = 2 |
| main-incr的返回地址 |
| main-BP |
| ... |
因此最后的结果是a为0，b为2
总结
了解栈帧布局之后，对于复杂的defer调用，只要能画出函数栈帧情况，问题基本就迎刃而解了