Golang学习笔记（五）—— 函数进阶
函数进阶
函数调用栈
函数栈帧
分配给函数的栈空间被称为函数栈帧。其大致布局如下图所示：
- 调用者的栈基地址：保存调用函数的栈基地址，用于函数返回后获得调用函数的栈帧基地址
- 局部变量：函数内部本地变量
- 返回值：保存函数返回值临时变量
- 参数：函数调用时传入的参数，其值会被复制到函数栈帧中的参数变量中
- 返回地址：保存被调用函数返回后的程序地址，即调用函数中的下一条指令
- BP、SP寄存器：保存当前函数的栈基地址和栈指针
注意：被调用函数的参数和返回值，是在调用者的函数栈帧中，而不是 被调用函数 的函数栈帧中
在 Go 语言中，是通过栈指针SP + 偏移来定位每个参数和返回值，因为 Go 的函数栈帧是一次性分配的 —— 分配栈帧时，直接将栈指针移到所需最大栈空间的位置，也就是栈顶。
一次性分配是为了防止栈访问越界。Go 语言编译器会在函数头部插入检测代码，如果发现需要进行“栈增长”，就会另外分配足够大的栈空间，把原来栈上的数据拷贝过来，原来的栈空间就会被释放。
传参
参数入栈顺序：从右至左，也就是从最后一个参数开始入栈，到第一个参数最后入栈
返回值
上一篇有提到返回值命名后，无论怎样，都会返回所命名的变量。通过函数栈帧能够非常清晰的了解其发生的具体原因：
即便没有进行返回值命名，编译器也会为返回值取名（例如：~r0、~r1...），可以说是独特的变量。
调用分析
在调用分析前，先了解两个函数调用时非常重要的汇编指令：
Call 指令：函数调用时，编译器会执行Call指令
- 将下一条指令的地址入栈，被调用函数结束后，跳回到该地址继续执行，这就是返回地址
- 跳转到被调用函数的指令入口处执行
Ret 指令：函数返回时，编译器会执行Ret指令
- 弹出Call 指令压栈的返回地址
- 跳转到返回地址
例一：
package main import "fmt" func B(a, b int) int { return a + b } func A(x, y int) int { z := B(x, y) return z } func main() { var a,b int = 6,8
c := A(a,b) fmt.Println(c) }
main函数：
var a,b int = 6,8
MOVQ $0x6 ,0x40(SP) MOVQ $0x8 ,0x38(SP)
c := A(a,b)
MOVQ 0x40(SP), AX MOVQ AX, 0(SP) MOVQ $0x8，0x8(SP) CALL $main.A(SB) MOVQ 0x10(SP), AX MOVQ AX, 0x30(SP)
执行到CALL指令时，函数调用栈如下：
A 函数：
func A(x, y int) int {
MOVQ GS:0x28, CX MOVQ 0(CX)，CX CMPQ SP, 0x10(CX) JBE $0x6f63e0 SUBQ $0x28, SP //SP向下移动0x28，这是A的函数栈帧大小 MOVQ BP, 0x20(SP) //存main的BP LEAQ 0x20(SP), BP //设置A的BP MOVQ $0x0, 0x40(SP) //初始化返回值，置0
z := B(x, y)
MOVQ 0x38(SP), AX MOVQ 0x30(SP), CX MOVQ CX, 0(SP) MOVQ AX, 0x8(SP) CALL $main.B(SB) MOVQ 0x10(SP), AX MOVQ AX, 0x18(SP)
执行到CALL指令时，函数调用栈如下：
B函数：
func B(a, b int) int {
MOVQ $0x0, 0x18(SP)
return a + b
MOVQ 0x8(SP), AX ADDQ 0x10(SP), AX MOVQ AX, 0x18(SP) RET
从汇编代码可以看出，编译器没有为B函数分配函数栈帧，这是因为B函数没有局部变量，也没有调用其他函数。运行到RET时，函数调用栈如下：
（注意：执行了call指令后，SP会向下移动，指向返回地址。）
接下来就是逐步返回，函数调用栈如下：
看到这，可能会有一个疑问：
main 函数栈帧中，返回值区域只用了一个内存块，为什么要分配那么大空间？
那是因为 Go 是一次性分配的，所以会分配所需要的最大空间。虽然调用的A函数只用了一块，但之后的 fmt.Println 函数会用到这些空间。只不过在这里，我们并不对 fmt.Println 函数进行分析。
新版函数调用栈
上面的例子是靠栈区传递参数和返回值，是Go早期版本的统一标准，但在 Go 1.17 后，开始支持寄存器传递参数和返回值，函数调用栈就有所不同了：
一、 函数返回值由函数自己的函数栈帧保存。（原本是由调用者的函数栈帧保存）
二、 9个以内的参数或返回值，由寄存器传递；9个以外的通过栈传递。
三、 栈基地址 指向 保存返回地址的栈空间（原本是指向 保存调用者的栈基地址的栈空间 ）
四、 返回地址由被调用者的函数栈帧保存（因为被调用者的栈基地址指向了它）
例二
package main func A(p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, p10, p11 int64) (int64, int64) { return p1 + p2 + p3 + p4 + p5 + p6 + p7, p2 + p4 + p6 + p7 + p8 + p9 + p10 + p11 } func main() { var r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11 int64 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 a, b := A(r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11) c := a + b print(c) }
其他步骤和原来一样，就不逐步分析了，函数调用栈如下：
在上图中，可以看到局部变量有很多个a、b，编译器为什么要这么做？具体原因笔者并不清楚，下面放对应的汇编代码：
a, b := A(r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11)
MOVQ 0xa8(SP), AX MOVQ 0x68(SP), R9 MOVQ 0x70(SP), R8 MOVQ 0x78(SP), SI MOVQ 0x80(SP), DI MOVQ 0x88(SP), CX MOVQ 0x90(SP), BX MOVQ $0xa, 0(SP) MOVQ $0xb, 0x8(SP) //上面和这里都是寄存器传参 MOVL $0x8 ，R10 MOVL $0x9 ，R11 //这两步是栈区传参 NOPL 0(AX)(AX*1) CALL $main.A(SB) //调用A函数，第一个返回值存在AX中，第二个存在BX中 MOVQ AX, 0xd0(SP) MOVQ BX, 0xc8(SP) MOVQ AX, 0xe0(SP) MOVQ BX, 0xd8(SP) MOVQ AX, 0xc0(SP) MOVQ BX, 0xb8(SP) //返回值存入局部变量中
闭包
在 Go 语言中，函数被当做一种变量 Function Value，本质上是一个指针，指向 runtime.funcval 结构体，这个结构体保存了函数的入口地址 fn uintptr。
Go 在编译期间会将创建捕获列表加入到 funcval 结构体中实现闭包。
闭包在源码中的具体实现待有空在详细了解，这里只分析闭包在不同情况的表现：
不修改捕获变量
不修改捕获变量的闭包，创建捕获列表时，只会单纯地进行值拷贝：
修改捕获变量
修改捕获变量的闭包，创建捕获列表和 funcval 结构体前，会先为捕获变量分配堆内存（变量逃逸），而捕获列表中是指向捕获变量的指针：
闭包小结
一、Function Value 本质上是指向 funcval 结构体的指针；
二、闭包是拥有捕获列表的 Function Value；
三、闭包可能会引发变量逃逸。
