C/C++中的函數參數傳遞機制
文章摘要:
本文論述了在 C 和 C++ 中函數調用的參數傳遞機制；同時(shí)附帶說(shuō)明了函數返回值的一些問(wèn)題。本文示例使用的是VC++6.0。
正文:
C/C++中的函數參數傳遞機制
一、 函數參數傳遞機制的基本理論
函數參數傳遞機制問(wèn)題在本質(zhì)上是調用函數（過(guò)程）和被調用函數（過(guò)程）在調用發(fā)生時(shí)進(jìn)行通信的方法問(wèn)題?；镜膮祩鬟f機制有兩種：值傳遞和引用傳遞。以下討論稱(chēng)調用其他函數的函數為主調函數，被調用的函數為被調函數。
值傳遞（passl-by-value）過(guò)程中，被調函數的形式參數作為被調函數的局部變量處理，即在堆棧中開(kāi)辟了內存空間以存放由主調函數放進(jìn)來(lái)的實(shí)參的值，從而成為了實(shí)參的一個(gè)副本。值傳遞的特點(diǎn)是被調函數對形式參數的任何操作都是作為局部變量進(jìn)行，不會(huì )影響主調函數的實(shí)參變量的值。
引用傳遞(pass-by-reference)過(guò)程中，被調函數的形式參數雖然也作為局部變量在堆棧中開(kāi)辟了內存空間，但是這時(shí)存放的是由主調函數放進(jìn)來(lái)的實(shí)參變量的地址。被調函數對形參的任何操作都被處理成間接尋址，即通過(guò)堆棧中存放的地址訪(fǎng)問(wèn)主調函數中的實(shí)參變量。正因為如此，被調函數對形參做的任何操作都影響了主調函數中的
實(shí)參變量。
二、 C語(yǔ)言中的函數參數傳遞機制
在C語(yǔ)言中，值傳遞是唯一可用的參數傳遞機制。但是據筆者所知，由于受指針變量作為函數參數的影響，有許多朋友還認為這種情況是引用傳遞。這是錯誤的。請看下面的代碼：
int swap(int *x, int *y)
{
int temp;
temp = *x; *x = *y; *y = temp;
return temp;
}
void main()
{
int a = 1, b = 2;
int *p1 = &a;
int *p2 = &b;
swap(p1, p2)
}
函數swap以?xún)蓚€(gè)指針變量作為參數，當main()調用swap時(shí)，是以值傳遞的方式將指針變量p1、p2的值（也就是變量a、b的地址）放在了swap在堆棧中為形式參數x、y開(kāi)辟的內存單元中。這一點(diǎn)從以下的匯編代碼可以看出（注釋是筆者加的）：
22: void main()
23: {
……
……
13: int a = 1, b = 2;
00401088 mov dword ptr [ebp-4],1
0040108F mov dword ptr [ebp-8],2
14: int *p1 = &a;
00401096 lea eax,[ebp-4]
00401099 mov dword ptr [ebp-0Ch],eax
15: int *p2 = &b;
0040109C lea ecx,[ebp-8]
0040109F mov dword ptr [ebp-10h],ecx
16: swap(p1, p2);
004010A2 mov edx,dword ptr [ebp-10h] ；參數p2的值進(jìn)棧
004010A5 push edx
004010A6 mov eax,dword ptr [ebp-0Ch] ；參數p1的值進(jìn)棧
004010A9 push eax
004010AA call @ILT+15(swap) (00401014) ；調用swap函數
004010AF add esp,8 ；清理堆棧中的參數
17: }
閱讀上述代碼要注意，INTEL80x86系列的CPU對堆棧的處理是向下生成，即從高地址單元向低地址單元生成。從上面的匯編代碼可知，main()在調用swap之前，先將實(shí)參的值按從右至左的順序壓棧，即先p2進(jìn)棧，再p1進(jìn)棧。調用結束之后，主調函數main()負責清理堆棧中的參數。Swap 將使用這些進(jìn)入堆棧的變量值。下面是swap函
數的匯編代碼：
14: void swap(int *x, int *y)
15: {
00401030 push ebp
00401031 mov ebp,esp ；ebp指向棧頂
……
……
16: int temp;
17: temp = *x;
4: int temp;
5: temp = *x;
00401048 mov eax,dword ptr [ebp+8] ；操作已存放在堆棧中的p1,將p1置
； 入eax
0040104B mov ecx,dword ptr [eax] ；通過(guò)寄存器間址將*p1置入ecx
0040104D mov dword ptr [ebp-4],ecx；經(jīng)由ecx將*p1置入temp變量的內
；存單元。以下類(lèi)似
6: *x = *y;
00401050 mov edx,dword ptr [ebp+8]
00401053 mov eax,dword ptr [ebp+0Ch]
00401056 mov ecx,dword ptr [eax]
00401058 mov dword ptr [edx],ecx
7: *y = temp;
0040105A mov edx,dword ptr [ebp+0Ch]
0040105D mov eax,dword ptr [ebp-4]
00401060 mov dword ptr [edx],eax
8: return temp;
00401062 mov eax,dword ptr [ebp-4]
9: }
由上述匯編代碼基本上說(shuō)明了C語(yǔ)言中值傳遞的原理，只不過(guò)傳遞的是指針的值而已。本文后面還要論述使用引用傳遞的swap函數。從這些匯編代碼分析，這里我們可以得到以下幾點(diǎn)：
1． 進(jìn)程的堆棧存儲區是主調函數和被調函數進(jìn)行通信的主要區域。
2． C語(yǔ)言中參數是從右向左進(jìn)棧的。
3． 被調函數使用的堆棧區域結構為：
局部變量（如temp）
返回地址
函數參數
低地址
高地址
4． 由主調函數在調用后清理堆棧。
5． 函數的返回值一般是放在寄存器中的。
這里尚需補充說(shuō)明幾點(diǎn)：一是參數進(jìn)棧的方式。對于內部類(lèi)型，由于編譯器知道各類(lèi)型變量使用的內存大小故直接使用push指令；對于自定義的類(lèi)型（如structure），采用從源地址向目的（堆棧區）地址進(jìn)行字節傳送的方式入棧。二是函數返回值為什么一般放在寄存器中，這主要是為了支持中斷；如果放在堆棧中有可能因為中斷而被覆蓋。三是函數的返回值如果很大，則從堆棧向存放返回值的地址單元（由主調函數在調用前將此地址壓棧提供給被調函數）進(jìn)行字節傳送，以達到返回的目的。對于第二和第三點(diǎn)，《Thinking in C++》一書(shū)在第10章有比較好的闡述。四是一個(gè)顯而易見(jiàn)的結論，如果在被調函數中返回局部變量的地址是毫無(wú)意義的；因為局部變量存于堆棧中，調用結束后堆棧將被清理，這些地址就變得無(wú)效了。
三、 C++語(yǔ)言中的函數參數傳遞機制
C++既有C的值傳遞又有引用傳遞。在值傳遞上與C一致，這里著(zhù)重說(shuō)明引用傳遞。如本文前面所述，引用傳遞就是傳遞變量的地址到被調函數使用的堆棧中。在C++中聲明引用傳遞要使用"&"符號，而調用時(shí)則不用。下面的代碼是使用引用傳遞的swap2函數和main函數：
int& swap2(int& x, int& y)
{
int temp;
temp = x;
x = y;
y = temp;
return x;
}
void main()
{
int a = 1, b = 2;
swap2(a, b);
}
此時(shí)函數swap2將接受兩個(gè)整型變量的地址，同時(shí)返回一個(gè)其中的一個(gè)。而從main函數中對swap2的調用swap2(a, b)則看不出是否使用引用傳遞，是否使用引用傳遞，是由swap2函數的定義決定的。以下是main函數的匯編代碼：
11: void main()
12: {
……
……
13: int a = 1, b = 2;
00401088 mov dword ptr [ebp-4],1 ；變量a
0040108F mov dword ptr [ebp-8],2 ；變量b
14: swap2(a, b);
00401096 lea eax,[ebp-8] ；將b的偏移地址送入eax
00401099 push eax ；b的偏移地址壓棧
0040109A lea ecx,[ebp-4] ；將a的偏移地址送入ecx
0040109D push ecx ；將a的偏移地址壓棧
0040109E call @ILT+20(swap2) (00401019) ；調用swap函數
004010A3 add esp,8 ；清理堆棧中的參數
15: }
可以看出，main函數在調用swap２之前，按照從右至左的順序將b和a的偏移地
址壓棧，這就是在傳遞變量的地址。此時(shí)swap２函數的匯編代碼是：
2: int& swap2(int& x, int& y)
3: {
00401030 push ebp
00401031 mov ebp,esp
……
……
4: int temp;
5: temp = x;
00401048 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040104B mov ecx,dword ptr [eax]
0040104D mov dword ptr [ebp-4],ecx
6: x = y;
00401050 mov edx,dword ptr [ebp+8]
00401053 mov eax,dword ptr [ebp+0Ch]
00401056 mov ecx,dword ptr [eax]
00401058 mov dword ptr [edx],ecx
7: y = temp;
0040105A mov edx,dword ptr [ebp+0Ch]
0040105D mov eax,dword ptr [ebp-4]
00401060 mov dword ptr [edx],eax
8: return x;
00401062 mov eax,dword ptr [ebp+8] ；返回x，由于x是外部變量的偏移地
；址，故返回是合法的
9: }
可以看出，swap2與前面的swap函數的匯編代碼是一樣的。這是因為前面的swap函數接受指針變量，而指針變量的值正是地址。所以，對于這里的swap2和前面的swap來(lái)講，堆棧中的函數參數存放的都是地址，在函數中操作的方式是一致的。但是，對swap2來(lái)說(shuō)這個(gè)地址是主調函數通過(guò)將實(shí)參變量的偏移地址壓棧而傳遞進(jìn)來(lái)的--這
是引用傳遞；而對swap來(lái)說(shuō)，這個(gè)地址是主調函數通過(guò)將實(shí)參變量的值壓棧而傳遞進(jìn)來(lái)的--這是值傳遞，只不過(guò)由于這個(gè)實(shí)參變量是指針變量所以其值是地址而已。
這里的關(guān)鍵點(diǎn)在于，同樣是地址，一個(gè)是引用傳遞中的變量地址，一個(gè)是值傳遞中的指針變量的值。我想若能明確這一點(diǎn)，就不至于將C語(yǔ)言中的以指針變量作為函數參數的值傳遞情況混淆為引用傳遞了。
雖然x是一個(gè)局部變量，但是由于其值是主調函數中的實(shí)參變量的地址，故在swap2中返回這個(gè)地址是合法的。
c++ 中經(jīng)常使用的是常量引用，如將swap2改為：
Swap2(const int& x; const int& y)
這時(shí)將不能在函數中修改引用地址所指向的內容，具體來(lái)說(shuō)，x和y將不能出現在"＝"的左邊。
四、 結束語(yǔ)
本文論述了在 C 和 c++ 中函數調用的參數傳遞機制；同時(shí)附帶說(shuō)明了函數返回值的一些問(wèn)題。本文示例使用的是VC++6.0。
