C語言中遞歸什么時候能夠省略return引發(fā)的思考：通過內(nèi)聯(lián)匯編解讀C語言函數(shù)return的本質(zhì)

• 事情的經(jīng)過是這種，博主在用C寫一個簡單的業(yè)務(wù)時使用遞歸，因為粗心而忘了寫return。結(jié)果發(fā)現(xiàn)返回的結(jié)果依舊是正確的。經(jīng)過半小時的反匯編調(diào)試。證明了我的猜想，如今在博客里分享。也是對C語言編譯原理的一次加深理解。
• 引子：
• 首先我想以一道題目引例，比較能體現(xiàn)出問題。

例1： #include <stdio.h> /**函數(shù)功能:用遞歸實現(xiàn)位運算加法*/ 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(); }

• 問題是。運行如上的程序，打印出來的數(shù)值是多少？
• 大家可能會覺得這個非常的弱智，即使作為小公司的筆試題來說都登不上大雅之堂。

  
  
  ——————————–圖1 例題1的運行結(jié)果———————

• 答案是2，毫無疑問，僅僅是一個簡單的遞歸而已。

  
  可是假設(shè)我把題目改一下

例2： #include <stdio.h> int changestack() {return 3; } /**函數(shù)功能:用遞歸實現(xiàn)位運算加法*/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(); }

• 大家看看上邊的程序。運行結(jié)果會是多少？
  可能有非常多朋友細(xì)心已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了貓膩。

  
  可能也有部分朋友會有些困惑，這個程序僅僅是在遞歸的實現(xiàn)函數(shù)后中加了一個無關(guān)緊要的函數(shù)調(diào)用，為什么會影響函數(shù)返回的結(jié)果呢。
  其實printf打印出來的結(jié)果不對。運行結(jié)果是3
  
  —————————-圖2 例題2的運行結(jié)果————————-

• 為什么會出現(xiàn)這個問題呢。實際上正常情況下的遞歸。

  在else語句里進(jìn)行遞歸調(diào)用時。應(yīng)當(dāng)加上return。

  因為return的缺失，導(dǎo)致了函數(shù)返回值被changestack()函數(shù)篡改。從而在main函數(shù)中讀到了錯誤的返回值。

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

• 假設(shè)將上文的代碼改正如上，那不會出現(xiàn)不論什么問題。

  （當(dāng)然不會出錯，此時有了return，return后邊的changestack根本就不會有不論什么機(jī)會運行）
  如今來一步一步來分析發(fā)生錯誤的本質(zhì)。
  

• ——————–圖三 例二函數(shù)的遞歸分析—————————

• 我們分析上邊代碼的運行過程。首先在main函數(shù)中調(diào)用Add_Recursion(1,1),本意就是計算1+1的值，而且將函數(shù)返回值傳遞給printf打印出來。

  
  在遞歸調(diào)用Add_Recursion函數(shù)(簡稱add)計算1+1時，前兩次遞歸調(diào)用因為不滿足遞歸出口條件（進(jìn)位加數(shù)carry_num為0）。會跳入else分支進(jìn)行遞歸調(diào)用。

  直到第三次遞歸調(diào)用時因為carry_num為0。這時返回了累加結(jié)果。

• 問題是僅僅有第三次的add遞歸調(diào)用進(jìn)行了return，第一次和第二次在函數(shù)返回時，都沒有return，而是在返回子層次遞歸后調(diào)用changestack()函數(shù)后返回調(diào)用自己的函數(shù)層級。

  在第一層遞歸調(diào)用返回給main的時候,add_recursion并沒有return，而是在運行完changestack直接返回main函數(shù)，而此時main函數(shù)的printf在解析返回值時，實際上錯誤的解析了changestack的返回值。

  因此才出現(xiàn)1+1=3的錯誤

• 綜上分析發(fā)生這一切的原因，就是：
  函數(shù)運行結(jié)束返回時。會將返回值壓棧(理論上如此，實際上編譯器會優(yōu)化，將返回值給eax寄存器過渡。VC就是使用的eax臨時保存)。VC編譯器解析函數(shù)返回值(整型)時，直接將eax的值讀出當(dāng)做返回值。

  
  
  ———————-圖四 反匯編分析VC編譯器對return的處理———-

• 依據(jù)反匯編分析能夠看到，VC編譯器對changestack()中的return 3匯編的結(jié)果，也就是 mov eax,3。實際上就是把返回值賦予eax，由eax寄存器過渡給此函數(shù)的調(diào)用函數(shù)使用。

• 我們在下圖中能夠看到main函數(shù)中將changestack()的返回值給num賦值的詳細(xì)過程，也就是將eax的值返回給num的所在的內(nèi)存地址。
  
  ——————————圖五 函數(shù)返回值的“彈棧”細(xì)則——————————-

• 這樣一切就有了解釋。

——————-圖六 例題一為什么會碰巧正確的遞歸分析—————

• 盡管第一題的結(jié)果盡管正確，printf在讀取Add_Recursion返回值時。讀取的不是第一次遞歸調(diào)用的結(jié)果，而是第三次遞歸調(diào)用return b的結(jié)果(第三次遞歸返回時，暫存在eax寄存器中)。而在之后的遞歸返回中，湊巧eax都沒有被改變。

  因此這樣使用遞歸（盡管沒有在須要return的地方return）是能夠得到正確結(jié)果。
  實際上我們能夠用一條內(nèi)聯(lián)匯編代碼驗證我們的猜想是否正確。

  我們在遞歸調(diào)用的后邊，使用內(nèi)聯(lián)匯編加上一條匯編代碼改變eax的值。

  
  

——————————-圖七 用內(nèi)聯(lián)匯編解讀C語言的return本質(zhì)—————————–

• 我們在遞歸函數(shù)Add_Recursion的后邊加了一條匯編代碼，讓函數(shù)結(jié)束時改變eax的值。能夠看到。主函數(shù)中，將函數(shù)返回值誤覺得了我們在匯編語言中設(shè)定的3.打印出了1+1=3這種謬論。

• 實際上，我們在編譯例題中的程序在編譯時C編譯器會提出警告
  warning C4715: “Add_Recursion”: 不是全部的控件路徑都返回值
  有返回值的函數(shù)，不是全部的支路都會進(jìn)行返回值，假設(shè)大家把博客中的程序在更加嚴(yán)格的C++編譯器上編譯會報錯。

• 這僅僅是一個非常easy的案例。或許我們會運氣好實現(xiàn)函數(shù)的功能，可是在進(jìn)行復(fù)雜情況的樹狀甚至圖狀遞歸中，假設(shè)不確定自己是否一定能得到終于結(jié)果，請務(wù)必將每一種情況都return返回值，這樣來避免程序意外出錯。

  C語言的靈活性應(yīng)該給我們造福，而不應(yīng)該給我們的程序提供不穩(wěn)定的因素。

posted on 2017-08-07 18:01 mthoutai 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/mthoutai/p/7300489.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C语言中递归什么时候能够省略return引发的思考：通过内联汇编解读C语言函数return的本质...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。