函数 | 一隅

$f(x) = x$

函数指针

本节将对函数指针的使用进行讲解，在C++中我们应当尽量使用虚函数或多态，回避函数指针。当然，虚函数的底层实现依然是通过函数指针实现的。

函数指针常用场景

作为其他函数的参数

作为回调函数

回调机制在GUI中大量使用，当特定事件发生时，回调函数会被调用，格式如下：

1	void create_button( int x, int y, const char *text, function callback_func );

常见回调函数

定时器回调

1	setTimeout(void (*func)(), delay); //在时间到后执行func

回调机制的实现

以Javascript为例，其回调机制实现如下：函数栈和WEB API分别运行于独立环境中，当调用回调API，例如setTimeout时，该API会进入WEB API中。当定时器到达时间后，会将回调函数放置入回调队列，如果函数栈为空或者允许抢占当前正在执行的函数，那么将回调函数再放入函数栈中进行执行。

graph LR
    node[函数栈]
    node1[WEB API]
    node2[回调队列]

    node1-->node2
    node2-->node

回调机制的缺陷

回调机制由于有中断作用，因此增加了程序的复杂度，同时也会导致我们无法使用程序提供的异常处理机制

函数指针基本语法

指针声明

1	void (*foo) (int); //返回值，指针，参数列表

初始化

初始化有两种方式，如下，从下面的代码我们可以看出，函数名实际就是函数指针。

//方式1
void foo();
func_pointer = foo;

//方式2
void foo();
func_pointer = &foo;

从汇编层面了解函数调用过程¹

call命令及其原理

在汇编语言中，函数调用是通过call命令实现的，这其中涉及到了栈的生长和收缩，在x86中，栈向下生长，一个函数调用例子如下：

Example instruction	What it does
`pushl %eax`	`subl $4, %esp` `movl %eax, (%esp)`
`popl %eax`	movl (%esp), %eax addl $4, %esp
`call 0x12345`	pushl %eip movl $0x12345, %eip
`ret`	popl %eip

栈使用规则

而编译器GCC决定了栈是如何被使用的：

在一个函数的入口（在call语句后的一条语句）
- %eip指向函数的第一条语句
- %esp+4指向第一个参数
- %esp指向返回地址
在ret指令后
- %eip包含返回地址
- %esp指向调用者压入栈中保存的参数
- 被调用的函数可能会有垃圾参数
- %eax（以及%edx，如果是64位）保存返回值（如果函数为void，保存垃圾值）
- %ebp, %ebx, %esi, %edi 在 call命令后必须有内容

总结：

%eax, %ecx, %edx 是保存调用者参数的寄存器
%ebp, %ebx, %esi, %edi 是保存被调用者参数的寄存器

栈分配规则

每一个函数都有一段由%ebp, %esp标识的独立的栈空间，一般这些空间是连续的

          +------------+   |
       | arg 2      |   \
       +------------+    >- previous function's stack frame
       | arg 1      |   /
       +------------+   |
       | ret %eip   |   /
       +============+   
       | saved %ebp |   \
%ebp-> +------------+   |
       |            |   |
       |   local    |   \
       | variables, |    >- current function's stack frame
       |    etc.    |   /
       |            |   |
       |            |   |
%esp-> +------------+   /

其中：

通过移动esp，可以控制栈的生长与收缩
ebp指向前一个函数保存的ebp

函数调用

函数调用时会保存ebp，然后将当前的esp保存在ebp中：

1 2	pushl %ebp movl %esp, %ebp

函数返回

函数返回时会复原esp和ebp

1 2	movl %ebp, %esp popl %ebp

一个完整的例子

C code

1
2
3

int main(void) { return f(8)+1; }
int f(int x) { return g(x); }
int g(int x) { return x+3; }

assembler

_main:
                prologue
        pushl %ebp
        movl %esp, %ebp
                body
        pushl $8
        call _f
        addl $1, %eax
                epilogue
        movl %ebp, %esp
        popl %ebp
        ret
_f:
                prologue
        pushl %ebp
        movl %esp, %ebp
                body
        pushl 8(%esp)
        call _g
                epilogue
        movl %ebp, %esp
        popl %ebp
        ret

_g:
                prologue
        pushl %ebp
        movl %esp, %ebp
                save %ebx
        pushl %ebx
                body
        movl 8(%ebp), %ebx
        addl $3, %ebx
        movl %ebx, %eax
                restore %ebx
        popl %ebx
                epilogue
        movl %ebp, %esp
        popl %ebp
        ret

根据_g的运算过程，其可以被压缩为：

_g:
    movl 4(%esp), %eax
    addl $3, %eax
    ret

实际上，_f也可以被压缩，压缩为：

# TODO

参考文献

1.函数调用过程 ↩