【转载】函数返回结构体的内幕，大神讲解的非常精辟了

在刚接触C语言编程时，无论是前辈还是教科书，都反复告诫我们两件事：

①函数的参数是值传递（意味着在函数中对参数本身的修改无法“传回”）；

②不要返回函数体内局部变量的地址，因为函数结束时栈会回收，局部变量也随之销毁（如果局部变量为类对象，其析构函数会被自动调用），但可以返回局部变量本身。

 

那么如果一个函数的返回值为结构体类型，其返回值是如何“返回”的呢？

是通过“值传递”吗？我们知道函数参数的值传递，就是将参数入栈（因此参数有自己的一份拷贝，函数中对参数的操作其实操作的就是这份拷贝）。而函数结束时要回收堆栈，那么返回值如何进行“值传递”呢？

是通过寄存器吗？我们知道，对X86来说，一般情况下，函数的返回值通过eax（或者以及edx）返回，但结构体的size太大，无法通过寄存器来返回。

 

这两种方法都行不通，那只能曲线救国了。

下文通过分析div()函数的汇编代码，来看看如何曲线救国。

 

1.函数原型

div_t div(int num,int denom);
返回值为结构体类型（包含商和余数）

typedef struct {
    int  quot;
    int  rem;
} div_t;

div()函数的实现如下：
div_t div(int num, int denom)
{
    div_t r;
 
    r.quot =num / denom;
    r.rem =num % denom;
    if (num>= 0 && r.rem < 0) {
       r.quot++;
       r.rem-= denom;
    }
    return(r);
}

2.汇编代码分析
我们来写一段代码，调用div()函数，如下：

void testdiv()
{
    ...
    int iMinutes = 1000;
    const intMinutesPerHour = 60;
    div_t HourAndMinutes = div(iMinutes, MinutesPerHour);
    ...
}
来看看对应的汇编代码：  

    ;...
    mov     [esp+1CH], 3E8h        ;[esp+1CH] = 1000  即iMinutes
    mov     [esp+18H], 3Ch         ;[esp+18H] =60  即MinutesPerHour
    lea     eax, [esp+1Ch]         ;eax = esp + 1CH
    mov     [esp+8h], 3Ch           ;[esp + 8] = 3CH  第3个参数 即60
    mov     edx, [esp+2Ch+var_10]   ;edx = [esp + 1CH]  即1000
    mov     [esp+2Ch+denom], edx    ;[esp + 4] = 1000 即第2个参数 iMinutes
    mov     [esp+2Ch+numer], eax    ;[esp] = esp + 1CH 即存放结果结构体的地址
    call    _div
    sub     esp, 4                  ;div通过retn 4返回，栈平衡被破坏，所以这里调整下esp
    ;...
函数的参数从右至左依次入栈。在call _div指令之前，[esp]中存放函数的第一参数，但这里并不是iMinutes（1000）而是testdiv()函数堆栈中某个地址，而原本是第一参数的iMinutes和第二个参数的MinutesPerHour分别变成了第二个（[esp + 4]）和第三个参数（[esp + 8]）了。可见原本只有两个参数的div()函数，编译后有三个参数，第一个参数是编译器附加的，为一指针，指向“存放返回的结构体”的地址，且该地址是在caller的堆栈上分配的。

调用call _div之后，为什么要将esp减4呢？看完div()函数的汇编代码后再回过头来分析。总结下调用div()函数的过程，用伪代码表示如下：

拨动esp为div_t结构体HourAndMinutes在栈上分配空间;
MinutesPerHour入栈;              //原本第2个参数变成第3个参数
iMinutes入栈;                    //原本第1个参数变成第2个参数
HourAndMinutes在栈上的地址入栈;  //“附加”一个指针参数
call div;            
sub esp, 4;                      //堆栈调整
div()函数对应的汇编代码如下：

public div                                   
arg_0          = dword ptr  8                              
arg_4          = dword ptr  0Ch                            
arg_8          = dword ptr  10h                            
               push    ebp                                 
               mov     ebp, esp                            
               lea     esp, [esp-8]                        
               mov     [esp], esi                          
               mov     [esp+4], edi                        
               mov     esi, [ebp+arg_4]                    
               mov     edi, [ebp+arg_8]                    
               mov     edx, esi                            
               mov     eax, esi                            
               sar     edx, 1Fh                            
               mov     ecx, [ebp+arg_0]  ;第一个参数即结构体的地址赋给ecx
               idiv    edi                                 
               test    esi, esi                            
               js      short loc_2A61D                     
               test    edx, edx                            
               jns     short loc_2A61D                     
               lea     eax, [eax+1]                        
               sub     edx, edi                            
loc_2A61D:
               mov     [ecx], eax    ;与下一行一起将计算结果保存到结构体对应的地址空间中
               mov     [ecx+4], edx  ;
               mov     eax, ecx      ;函数的返回值由eax返回，可见返回值其实为结构体的地址
               mov     esi, [esp]                          
               mov     edi, [esp+4]                        
               mov     esp, ebp                            
               pop     ebp                                  
               retn    4   ;因为div函数原型中只有两个参数，编译成汇编之后有3个参数，编译器有点
                           ;过意不去，在返回时除了将返回地址出栈，第一个参数也出栈，这样该函数返
                           ;回后，在调用者的堆栈中，编译器附加的第一个参数（结构体的地址）便失
                           ;效了，这就是retn后面的4的作用。如此一来，函数调用者的堆栈可能就不
                           ;平衡了，需要重新调整
div            endp 

参考注释。可见div()函数的返回值（通过eax返回）其实为结构体的地址；而其语义上的返回值（返回结构体对象）却是通过附加的指针参数“回传”的。
我们知道，函数一般通过ret指令返回。因为call指令暗含了“将函数的返回地址入栈的操作”，因此对应的ret指令暗含了“弹出函数返回地址的操作”，这一入栈、一弹出栈就平衡了。但div()函数却是通过“retn 4”返回，即在“弹出函数的返回地址”之后又弹出4个字节，将div()函数的第一个参数即附加的参数也弹出了。至于为什么要这么干，注释中的说明有些戏虐的成分，应该是与调用规范有关。总之，通过“retn 4”返回到caller中（testdiv()函数中），由于多执行一次“出栈”操作，导致caller的栈不平衡了，因此在caller中通过“sub     esp,4”又将堆栈扩展4个字节，恢复栈平衡。

 3.结论
可见，函数的返回值为结构体类型，其返回值既不是“值传递”也不是通过“寄存器”回传。编译器在编译此类函数时，为其附加了一个指针参数（指向的地址在caller的堆栈上），且作为函数的第一个参数（函数本身的参数依次后移），函数语义上的返回值通过该附加的指针参数回传，而函数真正的返回值就是该指针。
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