華為面試題：怎樣判斷棧的增長方向

在華為面試中有這麼一道考試，請給出棧增長方向的判斷方法。下面一起來看看這道題的參考答案，僅供大家參考!

該題目屬於考查計算機組成原理中棧結構知識的題目。其參考答案如下：

可以編寫一個帶有過程(函數)調用的C程序，然後按照以下方法進行判斷(採用類似思想，還可以寫出許多答案)。

方法一：通過比較被調用過程中的入口參數所在地址和局部變量所在地址之間的大小來判斷。若入口參數所在地址大於局部變量所在地址，則棧是向低地址增長的。

方法二：直接閲讀彙編指令來判斷。例如，在IA-32中，如果在一個過程的開始階段(準備段)出現類似“sub $0x10,%esp”指令，説明棧頂指針(%esp)是變小的，因此棧是向低地址增長的。

方法三：顯示棧頂指針寄存器的內容。在某個過程的開始階段和結束階段分別顯示棧頂指針寄存器的內容，比較它們的大小。若開始處的值比結束處的.大，則説明棧是向低地址增長的。

後面兩種方法，需要對程序的機器級代碼(彙編指令)進行調試，例如，利用Linux系統中的程序調試工具軟件GDB進行調試。

該題是開放題目，答案應該沒有唯一性。通過這個題目的回答可以考查出學生對計算機系統中棧結構的掌握情況。

棧是存儲空間中的一個區域，分用户棧和內核棧兩種類型。用户棧主要用來存放用户進程每次過程(函數)調用時，在被調用過程中使用的局部信息，每次過程調用都在棧中生長出一個新的棧幀，因此，棧幀是通過執行相應的指令動態生長出來的;內核棧是操作系統內核中的動態存儲區域，用於保存操作系統內核和硬件所需要的動態信息。

在採用虛擬存儲管理機制的系統中，內核棧和用户棧都是虛擬地址空間中的一個存儲區。每個源程序經編譯、彙編、鏈接等處理生成可執行的二進制機器目標代碼時，每個程序的目標代碼都被映射到同樣的虛擬地址空間，所有用户進程的虛擬地址空間是一致的。例如，圖1給出了在IA32/Linux操作系統下hello程序的一個進程對應的虛擬地址空間映像。它分為兩大部分：內核區(kernelarea)和用户區(userarea)。

從圖1可以看出，內核區在0xC0000000以上的高端地址上，用來存放操作系統內核代碼和數據以及與每個進程相關的數據結構(如進程標識信息、進程現場信息、頁表等進程控制信息以及內核棧等)，其中內核代碼和數據區在每個進程的地址空間中都相同。用户程序沒有權限訪問內核區。

用户區用來存放用户進程的代碼和數據，它被分為以下幾個區域。

(1) 用户棧。用來存放程序運行時過程調用的參數、返回值、返回地址、過程局部變量等，隨着程序的執行，該區會不斷動態地從高地址向低地址增長或向反方向減退。

(2) 共享庫。用來存放公共的共享函數庫代碼，如hello中的printf( )函數等。

(3) 堆。用於動態申請存儲區，例如，C語言中用malloc()函數分配的存儲區，或C++中用new操作符分配的存儲區。申請一塊內存時，動態地從低地址向高地址增長，用free( )函數或delete操作符釋放一塊內存時，動態地從高地址向低地址減退。

(4) 可讀寫數據區。存放用户進程中的靜態全局變量，堆區從該區域的結尾處開始向高地址增長。

(5) 只讀數據和代碼區。存放用户進程中的代碼和只讀數據，如hello進程中的程序代碼和字符串“hello,worldn”。

每個區域都有相應的起始位置，堆區和棧區相向生長，棧區從內核起始位置0xC0000000開始向低地址增長，堆棧中的共享庫代碼區從0x40000000開始向高地址增長。代碼和只讀數據區從0x08048000開始向高地址增長。

對於棧的訪問操作，有些指令集系統結構提供了專門的入棧和出棧指令，例如Intel架構中的push指令和pop指令分別用於入棧和出棧操作;有些架構則不提供專門的入棧和出棧指令，而是通過訪存指令和加/減指令來實現入棧和出棧操作，例如，MIPS架構中用sw指令和add或sub指令實現入棧操作，用lw指令和add或sub指令實現出棧操作。

對於像Intel這樣提供專門入棧和出棧指令的情況，棧的增長方向可以根據入棧、出棧指令的功能來確定，例如，IA-31架構中的push指令自動將棧頂指針減4，而pop指令則自動將棧頂指針加4。因而，棧總是從高地址向低地址增長。

對於像MIPS架構這種沒有專門入棧和出棧指令的情況，棧的增長方向就不一定，可能是高地址向低地址增長，或是相反。

因為棧是通過執行指令動態增長的，所以，最直接的判斷辦法就是在機器級代碼層面(通常是彙編指令)來閲讀或調試程序。

當一個過程P調用一個被調用過程Q，則P中傳遞給Q的參數會先入棧，然後執行調用指令(如IA-32中的call指令)，跳轉到Q執行，在被調用過程Q中，再將Q的局部變量入棧，因此，通過比較Q過程的入口參數所在地址和局部變量所在地址之間的大小，可以判斷出棧的增長方向。