C语言中递归什么时候可以省略return引发的思考：通过内联汇编解读C语言函数return的本质

• 事情的经过是这样的，博主在用C写一个简单的业务时使用递归，由于粗心而忘了写return。结果发现返回的结果依然是正确的。经过半小时的反汇编调试，证明了我的猜想，现在在博客里分享。也是对C语言编译原理的一次加深理解。
• 引子：
• 首先我想以一道题目引例，比较能体现出问题。

例1：
#include <stdio.h>
/** 函数功能:用递归实现位运算加法 */
int Add_Recursion(int a,int b)
{
    int carry_num = 0, add_num = 0;
    if (b == 0)
    {
        return a;
    }
    else
    {
        add_num = a^b;
        carry_num = (a&b)<<1;
        Add_Recursion(add_num, carry_num);

    }
}
int main()
{

    int num = Add_Recursion(1, 1);

    printf("%d\n",num);
    getchar();
}

• 问题是，执行如上的程序，打印出来的数值是多少？
• 大家可能会觉得这个非常的弱智，即使作为小公司的笔试题来说都登不上大雅之堂。
  
  ——————————–图1 例题1的执行结果———————
• 答案是2，毫无疑问，只是一个简单的递归而已。
  但是如果我把题目改一下

例2：
#include <stdio.h>
int changestack()
{
   return 3;
}
/** 函数功能:用递归实现位运算加法 */

int Add_Recursion(int a,int b)
{
    int carry_num = 0, add_num = 0;
    if (b == 0)
    {
        return a;
    }
    else
    {
        add_num = a^b;
        carry_num = (a&b)<<1;
        Add_Recursion(add_num, carry_num);
        changestack();

    }
}

int main()
{
    int num = Add_Recursion(1, 1);
    printf("%d\n",num);
    getchar();
}

• 大家看看上边的程序，执行结果会是多少？
  可能有很多朋友细心已经发现了猫腻。
  可能也有部分朋友会有些困惑，这个程序只是在递归的实现函数后中加了一个无关紧要的函数调用，为什么会影响函数返回的结果呢。
  事实上printf打印出来的结果不正确。运行结果是3
  
  —————————-图2 例题2的执行结果————————-
• 为什么会出现这个问题呢，实际上正常情况下的递归。在else语句里进行递归调用时，应当加上return。由于return的缺失，导致了函数返回值被changestack()函数篡改，从而在main函数中读到了错误的返回值。

else
    {
        add_num = a^b;
        carry_num = (a&b)<<1;
        return Add_Recursion(add_num, carry_num);
         changestack();

    }

• 如果将上文的代码改正如上，那不会出现任何问题。（当然不会出错，此时有了return，return后边的changestack根本就不会有任何机会执行）
  现在来一步一步来分析错误发生的本质。
  

• ——————–图三 例二函数的递归分析—————————

• 我们分析上边代码的运行过程，首先在main函数中调用Add_Recursion(1,1),本意就是计算1+1的值，并且将函数返回值传递给printf打印出来。
  在递归调用Add_Recursion函数(简称add)计算1+1时，前两次递归调用由于不满足递归出口条件（进位加数carry_num为0），会跳入else分支进行递归调用。直到第三次递归调用时由于carry_num为0，这时返回了累加结果。

• 问题是只有第三次的add递归调用进行了return，第一次和第二次在函数返回时，都没有return，而是在返回子层次递归后调用changestack()函数后返回调用自己的函数层级。在第一层递归调用返回给main的时候,add_recursion并没有return，而是在执行完changestack直接返回main函数，而此时main函数的printf在解析返回值时，实际上错误的解析了changestack的返回值。因此才出现1+1=3的错误
• 综上分析发生这一切的原因，就是：
  函数执行结束返回时，会将返回值压栈(理论上如此，实际上编译器会优化，将返回值给eax寄存器过渡，VC就是使用的eax暂时保存)。VC编译器解析函数返回值(整型)时，直接将eax的值读出当做返回值。
  
  ———————-图四 反汇编分析VC编译器对return的处理———-
• 根据反汇编分析可以看到，VC编译器对changestack()中的return 3汇编的结果，也就是 mov eax,3。实际上就是把返回值赋予eax，由eax寄存器过渡给此函数的调用函数使用。

• 我们在下图中可以看到main函数中将changestack()的返回值给num赋值的具体过程，也就是将eax的值返回给num的所在的内存地址。
  
  ——————————图五 函数返回值的“弹栈”细则——————————-

• 这样一切就有了解释。

——————-图六 例题一为什么会碰巧正确的递归分析—————

• 虽然第一题的结果虽然正确，printf在读取Add_Recursion返回值时，读取的不是第一次递归调用的结果，而是第三次递归调用return b的结果(第三次递归返回时，暂存在eax寄存器中)。而在之后的递归返回中，凑巧eax都没有被改变。因此这样使用递归（尽管没有在需要return的地方return）是可以得到正确结果。
  实际上我们可以用一条内联汇编代码验证我们的猜想是否正确。我们在递归调用的后边，使用内联汇编加上一条汇编代码改变eax的值。
  

——————————-图七 用内联汇编解读C语言的return本质—————————–

• 我们在递归函数Add_Recursion的后边加了一条汇编代码，让函数结束时改变eax的值。可以看到，主函数中，将函数返回值误认为了我们在汇编语言中设定的3.打印出了1+1=3这种谬论。

• 实际上，我们在编译例题中的程序在编译时C编译器会提出警告
  warning C4715: “Add_Recursion”: 不是所有的控件路径都返回值
  有返回值的函数，不是所有的支路都会进行返回值，如果大家把博客中的程序在更加严格的C++编译器上编译会报错。

• 这只是一个很简单的案例，也许我们会运气好实现函数的功能，但是在进行复杂情况的树状甚至图状递归中，如果不确定自己是否一定能得到最终结果，请务必将每一种情况都return返回值，这样来避免程序意外出错。C语言的灵活性应该给我们造福，而不应该给我们的程序提供不稳定的因素。