[笨叔点滴3] “栈”谁便宜了？
“ 有一次和女同学A吃饭，她带着小姑凉一块。在吃饭期间，同学给夹了块豆腐，小姑凉用天真无邪的眼神看着我：笨叔，你除了占我妈便宜，你还占过谁的便宜？ 我顿时无语了。。。”
上面是网上的一个小段子，生活里经常有人说谁谁占了谁的便宜？那计算机是不是也有占小便宜呢？计算机里还真有不少便宜可以“栈”，只不过不是“占”，而是各种形式的“栈”，不知道大家知不知道计算机里有多少个栈？比如说：
内核栈
中断栈
进程栈
线程栈
硬件栈
软件栈
堆栈
还有人占着茅坑
昨天我们聊了ARM32上或是奇葩或者先进的中断栈，我们今天继续来聊“栈”。
01 啥是栈
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先看看啥是栈？栈的英文叫做stack。那中文里栈是怎么解释的呢？
1.储存货物或供旅客住宿的房屋：货栈｜客栈。
2.养牲畜的竹、木栅栏：马栈。
那在计算机，它是啥呢，其实就是一个存放数据的数据结构类型。一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。看下面这个图应该比较清楚了。
这种数据结构的特点是 后入先出 (LIFO, Last In First Out)，数据只能在串列的一端 (称为：栈顶 top) 进行 推入 (push) 和 弹出 (pop) 操作。向栈中存储数据称为PUSH，从栈中取数据称为POP。
大多数的处理器架构，都有实现硬件栈。有专门的栈指针寄存器，以及特定的硬件指令来完成 入栈/出栈 的操作。例如在 ARM 架构上，R13 (SP) 指针是堆栈指针寄存器，而 PUSH 是用于压栈的汇编指令，POP 则是出栈的汇编指令。
我们常常听人说，堆栈，那堆栈是个什么鬼？究竟是堆呢还是栈呢？其实堆栈本身就是栈，只是换了个抽象的名字，换了个马甲，有些人就昏了。
那堆是什么？在数据结构里，堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。在操作系统里，堆是操作系统里管理内存的一种方式， 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。而栈，由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。
所以，堆和栈还有堆栈，他们三个是不是容易搞混了。
02 栈有啥子用嘛？
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栈主要是有两大作用，一个是函数调用，另外一个是进程调度。
先说说函数调用。我们知道函数调用需要注意哪些东西？大家想到的可能是
参数怎么传
函数返回值怎么传
那在不同的计算机体系结构里，有不同的做法，但是他们相同的地方是一定会用到栈。
ARM和ARM64使用的是ATPCS(ARM-Thumb Procedure Call Standard/ARM-Thumb过程调用标准)的函数调用约定。
对于ARM来说：
参数1~参数4 分别保存到 R0~R3 寄存器中 ，剩下的参数从右往左一次入栈，返回值存放在 R0 中。
对于ARM64来说：
参数1~参数8 分别保存到 X0~X7 寄存器中 ，剩下的参数从右往左一次入栈，返回值存放在 X0 中。
总之，会用到栈来保存函数调用的参数。另外还有一个东西需要保存，那就是局部变量。
以ARM32为例，一个函数A调用另外一个函数B的栈的布局图如下。fp寄存器（r11）和sp寄存器两个指向的区域，称为一个栈帧（stack frame），函数调用经常是嵌套的，在同一时刻，栈中会有多个函数的信息。每个未完成运行的函数占用一个独立的连续区域，即栈帧。栈帧存放着函数参数，局部变量及恢复前一栈帧所需要的数据等。
如上图所示，假设当前运行在函数B里面，那么当前的fp和sp寄存器所指示的区域就是当前的栈，栈帧B。当函数B返回到函数A时候，栈帧B里保存的sp和fp寄存器所构造的另一个栈，就是栈帧A了。
所以，栈是链接起来的‘桢’的一个列表，按递减地址次序分配栈的每一块。寄存器 sp 总是指向在最当前桢中最低的使用的地址。ARM上栈有点奇葩。
其他CPU体系结构中说的SP栈指针，都是指向栈顶的，但是ARM的栈是自减栈，栈是向下生长的，也就是栈底处于高地址处，栈顶处于低地址处。有点奇葩和绕口。
栈还有另外一个用途就是进程切换。每个进程都有自己的系统栈空间，这个栈空间说的是内核栈，这个是在fork的时候就分配好的。所以，进程切换的时候，需要把前任的进程的上下文保存到前任进程的内核栈里。在每一个进程的生命周期中，必然会通过到系统调用陷入内核。在执行系统调用陷入内核之后，这些内核代码所使用的栈并不是原先进程用户空间中的栈，而是一个单独内核空间的栈，这个称作进程内核栈。进程跑在用户空间，需要一个栈，进程跑在内核空间也需要一个栈，所以这些栈的定义是不一样。
我们下一次在来和大家聊聊哪些“栈”谁的便宜。
最后一个问题，CPU上电时候第一条指令为什么要用汇编来实现？能不能让CPU第一条指令就执行C语言的代码？
能还是不能？为啥子嘛？
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