嵌入式程序调用函数的内部过程和机制

在嵌入式程序中，当一个函数调用发生时，它的内部机理是什么，执行了哪些步骤?如下所示是一个程序在运行时，它的内存分布状况。

当一个程序开始运行时，它的代码被装入到内存，保存在代码区，包括主函数和其他函数的代码。另外，还有三块内存区域用来存放数据。第一块是全局变量区域，存放了程序当中的所有全局变量。由于全局变量的个数和大小是已知的，所以这一块区域所占用的内存大小在开始时即可确定下来，它们被称为是静态分配。位于此区域内的变量，它们在程序的整个运行过程当中，都一直存在，只有当整个程序运行结束了, 这一块内存区域才会被释放。第二块区域是栈(stack)区域,它包含了所有的栈帧。所谓的栈帧( stack frame),就是在调用一个函数时，系统会自动地分配一块内存区域给这个函数，用来保存它的运行上下文、形参和局部变量等信息，这样的一块内存区域，就叫做一个栈帧。栈帧是在函数调用时分配的，当函数调用结束之后，相应的栈帧就会被释放。所以，对于一个函数的局部变量来说，只有当函数调用发生时，系统才会给这个函数的形参和局部变量分配存储空间;当函数调用结束后，这些局部变量就被释放掉了。另外，由于栈区域是由系统自动来分配的，用户并不需要去关心，所以也称为是自动分配。第三块区域是堆(heap) 区域，它主要是用作动态分配的内存。

如上图所示是函数调用的一个例子，它考察的是最简单的一种情形，即在整个程序当中，只有一个 main 函数。在这种情况下，当程序开始运行时，它就会被装入到内存。它的代码存放在内存的代码区域。由于在这个程序中定义了一个全局变量 z,所以就在内存的全局变量区域分配了一个存储单元给它，并且把它初始化为 0。接下来，系统就要调用主函数 main 去运行了，当这个函数调用发生时，系统就会在栈中给它分配一块内存空间，即一个栈帧，用来存放主函数当中所定义的局部变量，即 x 和 y。随后，程序计数器 PC 就跳转到主函数的第一条语句， 开始执行。当 main 函数执行完后，首先要把它所占用的栈帧释放掉。对于任何一次函数调用来说，在函数调用结束后，都要把相应的栈帧释放掉，所以 x 和 y 这两个局部变量所占用的存储空间就被释放掉了,不能再访问了。接下来,由于 main 函数是一个特殊的函数，当它执行完之后，整个程序也就结束了。

当一次函数调用发生时，它的执行过程可以归纳为以下 5 个步骤:

1. 在内存的栈空间当中为其分配一个栈帧，用来存放该函数的形参变量和局部变量。

2. 把实参变量的值复制到相应的形参变量中。

3. 控制流转移到该函数的起始位置。

4. 该函数开始执行。

5. 当这个函数执行完以后，控制流和返回值返回到函数调用点。

如下图所示是变量的存储与作用域的一个例子。