Базовый CS с нуля
Функции и стек вызовов: обзор с выбором ответа
Суть Синтез всего юнита в вопросах с выбором: вызовы, кадры стека, адреса возврата, передача параметров, область видимости и время жизни, переполнение стека.
Высота — путь к senior
НольJuniorMiddleSenior
Ты на middle-высоте — в небеШесть вопросов, охватывающих весь юнит. Каждый просит рассуждать о том, что реально делает машина при вызове функции, — не воспроизвести определение, а предсказать состояние стека, путь управления и где живут данные.
Цель
Убедитесь, что вы связываете механизм вызова, кадр стека, передачу параметров, область видимости и время жизни, а также переполнение стека в одну целостную модель того, как работает вызов функции на уровне машины.
Викторина
Completed
Тело функции живёт по одному адресу. Одна и та же функция вызывается из трёх разных мест программы. Как каждый вызов возвращается к нужной вызывающей стороне?
Heads-up CALL — это переход по одному фиксированному адресу, а не копирование. Тело существует ровно один раз. Между местами вызова различается адрес возврата, сохранённый при вызове, а не тело.
Heads-up Фиксированная цель возврата обслуживала бы только одну вызывающую сторону. Весь смысл сохранения адреса возврата на каждый вызов в том, чтобы одно тело обслуживало вызовы откуда угодно и каждый раз возвращалось в нужное место.
Heads-up Есть одно тело по одному адресу независимо от того, сколько имён или мест вызова на него ссылаются. Корректный возврат обеспечивается во время выполнения сохранённым адресом возврата, а не переименованием при компиляции.
Викторина
Completed
main вызывает outer, outer вызывает inner. Пока выполняется inner, что лежит на стеке и в каком порядке?
Heads-up Кадр вызывающей функции не снимается, когда она вызывает другую функцию; он ждёт ниже. main и outer ещё активны и всё ещё на стеке, пока выполняется inner. Все три сосуществуют.
Heads-up main была положена первой и лежит внизу; inner была положена последней и лежит сверху. Самый новый кадр всегда сверху и снимается первым.
Heads-up Каждый вызов получает собственный отдельный кадр со своим адресом возврата и локальными переменными. Это отдельные блоки, уложенные друг на друга, а не слитые воедино.
Викторина
Completed
Функция add(x, y) вызывается как add(3, 5). Где живут значения 3 и 5, пока выполняется add, и что это гарантирует?
Heads-up Вызываемая функция не может назвать локальные переменные вызывающей — область видимости это запрещает. Аргументы копируются в кадр вызываемой функции при вызове, поэтому add работает со своими ячейками, а не вызывающей стороны.
Heads-up Аргументы не являются глобальными. Они копируются в новый кадр, приватный для этого вызова и выбрасываемый при возврате. Ничего глобального здесь нет.
Heads-up Для примитивных чисел копируются сами значения (передача по значению). Переприсвоение x внутри add меняет только ячейку add, оставляя аргумент вызывающей стороны нетронутым.
Викторина
Completed
Функция f объявляет локальную переменную result. После возврата f код в main пытается использовать result. Что верно?
Heads-up Локальные переменные никуда не мигрируют при возврате. Кадр снимается, а его ячейки освобождаются для повторного использования. Автоматической передачи локальных переменных вызываемой функции вызывающей нет.
Heads-up Ячейки повторно используются следующим вызовом почти сразу. Даже до перезаписи имя выходит за пределы области видимости — обращение к этим ячейкам было бы ошибкой использования после освобождения, а не корректным доступом.
Heads-up После возврата f её кадр исчезает, а не лежит ниже main. И даже пока кадр вызывающей стороны на стеке, правила области видимости запрещают называть локальные переменные другой функции.
Викторина
Completed
countdown(n) возвращается, когда n < 0, иначе вызывает countdown(n - 1). Каково максимальное число кадров на стеке одновременно для countdown(3)?
Heads-up Рекурсивный вызов — это новый CALL по тому же адресу; он кладёт совершенно новый независимый кадр со своим n. Кадры не переиспользуются — они накапливаются, пока базовый случай не начнёт их разматывать.
Heads-up Вызов базового случая countdown(-1) — это тоже реальный вызов, кладущий кадр; он просто сразу возвращается без рекурсии. Этот кадр считается, давая пять на пике глубины.
Heads-up Каждый вызов, включая тот, что попадает в базовый случай, кладёт кадр. Глубина на пике — это число вложенных активных вызовов, здесь n + 2, а не число рекурсивных шагов.
Викторина
Completed
Рекурсивная функция выпущена без достижимого базового случая. Что происходит во время выполнения и почему так быстро?
Heads-up Без достижимого базового случая входные данные никогда не удовлетворяют условию остановки; спуск неограничен. Программа не завершается — она аварийно падает, когда область стека исчерпана.
Heads-up Большинство рантаймов не обнаруживают бесконечную рекурсию и не подставляют значение. Они позволяют стеку расти, пока ОС не подаст сигнал переполнения стека и не завершит процесс.
Heads-up Кадры стека потребляют фиксированную область стека, а не кучу. Сбой — это переполнение стека относительно небольшого зарезервированного диапазона, поэтому он происходит почти мгновенно, а не после исчерпания всего ОЗУ.
Итог
Сквозная линия юнита — это один механизм, увиденный с разных сторон: CALL сохраняет адрес возврата и переходит к фиксированному телу; каждый вызов кладёт LIFO-кадр стека, хранящий этот адрес возврата плюс локальные переменные функции; параметры копируются внутрь при CALL, а результат отдаётся обратно при RET; область видимости и время жизни локальной переменной ограничены её кадром, поэтому при возврате она исчезает; а рекурсия — это та же укладка кадра, повторённая снова, безопасная только при достижимом базовом случае — без него кадры громоздятся, пока стек не переполнится.