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C语言中，函数的返回值返回到main函数后，赋予给一个变量，之后就被回收了吗？还有哪些编程细节需要注意？
函数,寄存器,地址C语言中，函数的返回值返回到main函数后，赋予给一个变量，之后就被回收了吗？还有哪些编程细节需要注意？
发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：
C语言中，函数的返回值返回到main函数后，赋予给一个变量，之后就被回收了吗？还有哪些编程细节需要注意？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
根据所用编译器和CPU的不同，以及返回值数据类型的不同，C语言中的函数返回值可能通过寄存器传递，也可能通过栈传递。对大多数CPU和编译器来说，出于性能考虑，能使用寄存器传递的，尽量使用寄存器传递，只有当寄存器不够用的时候，才会通过栈传递。
针对这两种情况，我分别举个x64 + GCC环境下的例子来说明。
通过寄存器传递返回值
如下图中的一段简单的代码，返回值是一个有符号整数类型
我们看下x64/GCC下面对应的汇编代码：
test函数中的
1129: mov $0x2,%eax
便是把返回值2存放到eax寄存器中。而main函数中的
113d: callq 1125 <test>
1142: mov %eax,-0x4(%rbp)
则先调用test函数，然后把返回值从eax中取出，并存放到rbp - 4的地址处，也就是赋值给局部变量a。
通过栈传递返回值
下面这个例子中，test()函数返回一个结构体struct result。（注：这里只是为了演示用栈传递返回值，实际项目中不建议函数直接返回结构体，可以用结构体指针代替）
（这个例子第一眼看上去会有些许复杂，千万不要懵逼，汇编代码不是洪水猛兽，掌握一些基本的汇编代码对修炼内功、调试问题都是大有裨益的:）
在x64/GCC环境下的汇编代码如下：
先看main()函数：
我们先看main()函数中调用test()的几条指令：
ret = test();
11dd: lea -0x50(%rbp), %rax
11e1: mov %rax, %rdi
11e4: mov $0x0, %eax
11e9: callq 1135 <test>
11dd和11e1两条指令的作用是把栈地址rbp - 0x50存放到rdi寄存器中，我们暂且不去管这个地址是用来做什么的，等看了test()函数之后自然就会明白。后面两条指令是把eax清零，然后调用test()函数。
test()函数的汇编代码如下：
test()的汇编看起来是不是有点复杂呢？不要紧张，其实做的事情很简单，就是给局部变量r分配栈空间，然后对它进行初始化，然后把r的值存放到一个内存地址当中，最后把这个内存地址放到rax寄存器中，并返回出去。我们仔细分析一下：
1139: mov %rdi, -0x28(%rbp)
这条指令是把rdi寄存器的值存放到栈空间rbp - 0x28的地址处。还记得rdi寄存器中存放的是什么吗？回想一下，在main()函数调用test()函数之前，是不是把一个地址存放到rdi寄存器中了呢？忘了的话，再去看一下。我们先不管这个值用来做什么，只要记得，test()函数把main()函数传递过来的一个值存放到了一个栈地址当中。
接下来的这几条指令，就是对局部变量r进行初始化：
struct result r = {1, 2, 3, 4};
113d: movq $0x1, -0x20(%rbp)
1145: movq $0x2, -0x18(%rbp)
114d: movq $0x3, -0x10(%rbp)
1155: movq $0x4, -0x8(%rbp)
下面就要把r的值返回出去了，我们来看看编译器是怎么做的，先看这几条指令：
return r;
115d: mov -0x28(%rbp), %rcx
1161: mov -0x20(%rbp), %rax
1165: mov -0x18(%rbp), %rdx
1169: mov %rax, (%rcx)
116c: mov %rdx, 0x8(%rcx)
115d这条指令，是把栈中rbp-0x28处的值放到rcx寄存器中，还记得这个地址存放的值是什么吗？对了，就是test()入口处从rdi中取出来的那个值，也就是main()函数通过rdi寄存器传递给test()的一个值。然后，1161和1169两条指令把r.a值存放到rcx寄存器指向的地址处，1165和116c两条指令把r.b的值存放到rcx寄存器指向的地址再偏移8的位置处。
现在我们再来回过头想一下，main()函数通过rdi寄存器传递给test()函数的那个值是用来做什么的呢？对了，那个值其实就是存放test()函数返回值的那块内存的地址。
那么记下来的几条指令就比较容易理解了：
1170: mov -0x10(%rbp), %rax
1174: mov -0x8(%rbp), %rdx
1178: mov %rax, 0x10(%rcx)
117c: mov %rdx, 0x18(%rcx)
1170和1178把r.c存放到rcx + 0x10地址处，1174和117c把r.d存放到rcx + 0x18地址处。
到这里为止，test()函数已经把局部变量struct result r的所有字段的值全部存放到main()函数通过rdi寄存器传递给test()的那个内存地址中。
最后，看一下剩下的几条指令：
1180: mov -0x28(%rbp), %rax
1184: pop %rbp
1185: retq
1180指令把rbp - 0x28处的值rax中，也就是把存放返回值的那块内存的地址，存放到rax寄存器中，最后返回出去。
到这里，是不是清晰多了呢？我们再来总结一下这个过程：
main()函数把一个栈空间中的地址rbp - 0x30通过rdi寄存器传递给test()函数test()函数从rdi寄存器中取得这个地址，然后把要返回的值存放到这个地址指向的内存中test()把这个地址存放到rax寄存器中，并返回给main()函数掌握一定汇编知识的重要性
可能对于很多童鞋来说，汇编语言比较晦涩难懂，难以掌握。确实，作为一个最为接近机器语言的编程语言来说，汇编确实比较晦涩，除了一些做底层系统软件的童鞋外，日常工作中直接用汇编写代码的机会确实不多，但是，这并不意味着掌握汇编语言就毫无用处。
掌握一定的汇编知识，会对整个计算机的原理和体系结构有更深入的理解，很多东西都能够知其然并知其所以然。尤其那些对底层系统软件感兴趣的童鞋，如BIOS/bootloader、OS内核、设备驱动、编译器、虚拟机等，汇编语言更是必须要掌握的。有些做上层应用的童鞋，如前端开发等，平时用到汇编的机会不多，但是在调试一些问题的时候，如果能够了解一些汇编知识，就会如虎添翼，事半功倍。
总之，不管所用的开发语言是C/C++还是Java、Python、PHP、Javascript，不管是做系统软件开发，还是做前端开发，只要是有志于干程序员这一行当的，掌握一定的汇编，对完善自己的技术知识体系，增强自己调试问题的能力，和对计算机体系结构的理解都大有裨益。
思考题
能坚持读到这里，我想你已经基本清楚C语言的函数返回值是怎么传递的了。
那么，不妨思考一下，C语言的函数参数又是怎么传递的呢?欢迎留言，或者私信讨论，要是有人感兴趣，我可以写篇文章介绍一下。
最后，对这个问题有不清楚的地方，欢迎留言讨论。也欢迎关注，我计划在接下来的一段时间，更新一些偏底层的东西，如Linux kernel（e.g. memory management、process management、scheduling、timekeeping, etc.）、KVM/Qemu virtualization、compiler、debugger等，有兴趣的童鞋欢迎关注，互相交流学习。
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