为什么堆栈地址会朝着内存地址减少的方向增长？

Question

我在教科书中读到，堆栈通过减少内存地址来增长；即从高地址到低地址。这可能是一个糟糕的问题，但我没有正确理解这个概念。你能解释一下吗？

Answer 1

首先，它依赖于平台。在某些体系结构中，堆栈从地址空间的底部开始分配并向上增长。

假设像 x86 这样的架构，堆栈从地址空间顶部向下增长，这个想法非常简单：

===============     Highest Address (e.g. 0xFFFF)
|             |
|    STACK    |
|             |
|-------------|  <- Stack Pointer   (e.g. 0xEEEE)
|             |
.     ...     .
|             |
|-------------|  <- Heap Pointer    (e.g. 0x2222)
|             |
|    HEAP     |
|             |
===============     Lowest Address  (e.g. 0x0000)

要增长堆栈，您需要减少堆栈指针：

===============     Highest Address (e.g. 0xFFFF)
|             |
|    STACK    |
|             |
|.............|  <- Old Stack Pointer (e.g. 0xEEEE)
|             |
| Newly       |
| allocated   |
|-------------|  <- New Stack Pointer (e.g. 0xAAAA)
.     ...     .
|             |
|-------------|  <- Heap Pointer      (e.g. 0x2222)
|             |
|    HEAP     |
|             |
===============     Lowest Address    (e.g. 0x0000)

如您所见，为了增长堆栈，我们减少了 /em> 堆栈指针从 0xEEEE 到 0xAAAA，而要增长堆，则必须增加堆指针。

显然，这是内存布局的简化。实际的可执行文件、数据部分……也加载到内存中。此外，线程有自己的堆栈空间。

你可能会问，为什么堆栈要向下增长。嗯，正如我之前所说，有些架构会做相反的事情，使堆向下增长，而堆栈向上增长。将堆栈和堆放在相对的两侧是有意义的，因为它可以防止重叠，并且只要有足够的可用地址空间，就允许两个区域自由增长。

另一个有效的问题可能是：程序不是应该减少/增加堆栈指针本身吗？一种架构如何将一种架构强加给程序员？为什么它不像程序那样依赖于体系结构？
虽然您几乎可以对抗架构并以某种方式以相反的方向摆脱堆栈，但一些直接修改堆栈指针的指令，特别是 call 和 ret 将假设另一个方向，弄得一团糟。

Answer 2

如今，这主要是因为很长一段时间以来都是这样做的，并且许多程序都假设它是这样做的，并且没有真正的理由来改变它。

当恐龙在地球上漫游时，计算机拥有 8kB 内存（如果幸运的话），这是一个重要的空间优化。您将堆栈底部放在内存的最顶部，向下增长，将程序及其数据放在最底部，malloc 区域向上增长。这样，堆栈大小的唯一限制是程序+堆的大小，反之亦然。如果堆栈从 4kB（例如）开始并不断增大，则即使程序只需要几百字节的堆栈，堆也永远不会大于 4kB（减去程序的大小）。

Answer 3

Man CLONE ：child_stack 参数指定子进程使用的堆栈位置。由于子进程和调用进程可能共享内存，因此子进程不可能与调用进程在同一堆栈中执行。因此，调用进程必须为子堆栈设置内存空间，并将指向该空间的指针传递给clone()。在运行 Linux 的所有处理器（HP PA 处理器除外）上，堆栈都是向下增长的，因此 child_stack 通常指向为子堆栈设置的内存空间的最顶层地址。

Answer 4

在 x86 上，堆栈向内存地址递减方向增长的主要原因是 PUSH 指令递减堆栈指针：

递减堆栈指针，然后将源操作数存储在堆栈顶部。

参见第 17 页。 英特尔® 64 和 IA-32 架构软件开发人员手册。