Tag: C

探讨C语言返回struct的实现

C语言基本类型的返回通过寄存器实现。寄存器容量不大，一个结构体的大小不定，多塞几个成员，很容易就会超过寄存器的容量，不太可能通过寄存器一次性返回一个结构体。把以下代码转为汇编，探个究竟:

// return_struct.c

struct the_struct {
        int num1;
        int num2;
        double num3;
        double num4;
        int *num_ptr1;
        int *num_ptr2;
};

struct the_struct fun() {
        struct the_struct the_struct1;
        the_struct1.num1 = 1;
        the_struct1.num2 = 2;
        return the_struct1;
}

int get_struct() {
        struct the_struct the_struct1 = fun();
        return the_struct1.num1 + 1;
}

// return_struct.c

struct the_struct {

int num1;

int num2;

double num3;

double num4;

int *num_ptr1;

int *num_ptr2;

};

struct the_struct fun() {

struct the_struct the_struct1;

the_struct1.num1 = 1;

the_struct1.num2 = 2;

return the_struct1;

}

int get_struct() {

struct the_struct the_struct1 = fun();

return the_struct1.num1 + 1;

}

优化后的代码可能比较晦涩，64位寄存器数量是32位的一倍，为了简便理解，关闭代码优化，并且转为32位汇编，命令:

bash # gcc -O0 -S -masm=intel -m32 return_struct.c

1	bash # gcc -O0 -S -masm=intel -m32 return_struct.c

结果:

        .file   "return_struct.c"
        .intel_syntax noprefix
        .text
        .globl  _fun
        .def    _fun;   .scl    2;      .type   32;     .endef
_fun:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        sub     esp, 32 ; 为结构体在栈帧中分配32字节内存
        mov     DWORD PTR [ebp-32], 1 ; *(ebp - 32) = 1
        mov     DWORD PTR [ebp-28], 2 ; *(ebp - 28) = 1
        ; ebp指向的位置储存着get_struct()函数的ebp值
        ; ebp+4指向返回地址
        ; ebp+8是get_struct()函数中结构体的指针
        mov     eax, DWORD PTR [ebp+8] ; eax = get_struct()函数中结构体的指针
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-32] ; edx是fun()函数中结构体首DWORD的值
        mov     DWORD PTR [eax], edx ; *eax = edx，让get_struct()中的结构体第一个DWORD = edx
        ; 结构体剩余的其余值传值
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-28]
        mov     DWORD PTR [eax+4], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-24]
        mov     DWORD PTR [eax+8], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-20]
        mov     DWORD PTR [eax+12], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-16]
        mov     DWORD PTR [eax+16], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-12]
        mov     DWORD PTR [eax+20], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-8]
        mov     DWORD PTR [eax+24], edx
        mov     edx, DWORD PTR [ebp-4]
        mov     DWORD PTR [eax+28], edx
        mov     eax, DWORD PTR [ebp+8]
        leave
        ret     4
        .globl  _get_struct
        .def    _get_struct;    .scl    2;      .type   32;     .endef
_get_struct:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        sub     esp, 40 ; 分配40字节内存
        lea     eax, [ebp-32] ; eax = ebp - 32，eax是结构体的指针
        mov     DWORD PTR [esp], eax ; *esp储存结构体的指针，即get_struct()函数栈顶是结构体的指针
        call    _fun
        sub     esp, 4
        mov     eax, DWORD PTR [ebp-32] ; (ebp - 32)是结构体的地址
        add     eax, 1
        leave
        ret
        .ident  "GCC: (GNU) 5.3.0"

.file "return_struct.c"

.intel_syntax noprefix

.text

.globl _fun

.def _fun; .scl 2; .type 32; .endef

_fun:

push ebp

mov ebp, esp

sub esp, 32 ; 为结构体在栈帧中分配32字节内存

mov DWORD PTR [ebp-32], 1 ; *(ebp - 32) = 1

mov DWORD PTR [ebp-28], 2 ; *(ebp - 28) = 1

; ebp指向的位置储存着get_struct()函数的ebp值

; ebp+4指向返回地址

; ebp+8是get_struct()函数中结构体的指针

mov eax, DWORD PTR [ebp+8] ; eax = get_struct()函数中结构体的指针

mov edx, DWORD PTR [ebp-32] ; edx是fun()函数中结构体首DWORD的值

mov DWORD PTR [eax], edx ; *eax = edx，让get_struct()中的结构体第一个DWORD = edx

; 结构体剩余的其余值传值

mov edx, DWORD PTR [ebp-28]

mov DWORD PTR [eax+4], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-24]

mov DWORD PTR [eax+8], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-20]

mov DWORD PTR [eax+12], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-16]

mov DWORD PTR [eax+16], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-12]

mov DWORD PTR [eax+20], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-8]

mov DWORD PTR [eax+24], edx

mov edx, DWORD PTR [ebp-4]

mov DWORD PTR [eax+28], edx

mov eax, DWORD PTR [ebp+8]

leave

ret 4

.globl _get_struct

.def _get_struct; .scl 2; .type 32; .endef

_get_struct:

push ebp

mov ebp, esp

sub esp, 40 ; 分配40字节内存

lea eax, [ebp-32] ; eax = ebp - 32，eax是结构体的指针

mov DWORD PTR [esp], eax ; *esp储存结构体的指针，即get_struct()函数栈顶是结构体的指针

call _fun

sub esp, 4

mov eax, DWORD PTR [ebp-32] ; (ebp - 32)是结构体的地址

add eax, 1

leave

ret

.ident "GCC: (GNU) 5.3.0"

汇编代码已写上注释。在get_struct()函数中，调用fun()之前，会首先把ge […]

C/CPP, 程序设计

关于Visual Studio C LANG下pow()函数的重载

当初看到Visual Studio 2010的这个提示，我真当VS实现了C LANG的函数重载。今天即兴尝试VS下C LANG的函数重载，虽然IDE没报语法错误，但编译器编译时会报错。无奈之下只好打开长长的math.h一探究竟。通过全文搜索很容易找到math.h声明的pow()原型：

double  __cdecl pow(_In_ double _X, _In_ double _Y);
inline double __CRTDECL pow(_In_ double _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }
inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ float _Y)
        {return (powf(_X, _Y)); }
inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }
inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ long double _Y)
        {return (powl(_X, _Y)); }
inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }

double __cdecl pow(_In_ double _X, _In_ double _Y);

inline double __CRTDECL pow(_In_ double _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ float _Y)

{return (powf(_X, _Y)); }

inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ long double _Y)

{return (powl(_X, _Y)); }

inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

声明的这些原型一眼看上去没什么问题，挺正常的重载方式。不过math.h内容有点多，不细心点还是看不出来，实际上pow()的重载使用了条件编译：

...
#ifdef  __cplusplus
extern "C" {
#endif
...
double  __cdecl pow(_In_ double _X, _In_ double _Y);
...
#ifdef  __cplusplus
}
extern "C++" {
...
inline double __CRTDECL pow(_In_ double _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }
inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ float _Y)
        {return (powf(_X, _Y)); }
inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }
inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ long double _Y)
        {return (powl(_X, _Y)); }
inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ int _Y)
        {return (_Pow_int(_X, _Y)); }
...
}
#endif

...

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

...

double __cdecl pow(_In_ double _X, _In_ double _Y);

...

#ifdef __cplusplus

}

extern "C++" {

...

inline double __CRTDECL pow(_In_ double _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ float _Y)

{return (powf(_X, _Y)); }

inline float __CRTDECL pow(_In_ float _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ long double _Y)

{return (powl(_X, _Y)); }

inline long double __CRTDECL pow(_In_ long double _X, _In_ int _Y)

{return (_Pow_int(_X, _Y)); }

...

}

#endif

查找了一下资料，得知” […]

C/CPP

为何C语言函数可以返回struct

struct可由多个数据类型构成，初步看起来应该类似数组，变量本身是一个指向首字节的指针，无法直接通过此指针赋值struct，在函数中声明为自动变量时，也无法返回此指针所指向的值。但事实上就并非如此，struct之间可以直接赋值，使用指针指向其地址时需要使用”&”，函数中声明为自动变量时可以直接return其值。那struct变量本身到底是何？写了这样一个东西，运行后瞬间明白：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct my_struct {
    unsigned char ch1;
    unsigned char ch2;
    unsigned char ch3;
    unsigned char ch4;
};

int main()
{
    struct my_struct struct1;
    memset(&struct1, 0, sizeof(struct my_struct));
    printf("%u\n", struct1);
    struct1.ch1 = 0xFF;
    printf("%u\n", struct1);
    struct1.ch2 = 0xFF;
    printf("%u\n", struct1);
    struct1.ch3 = 0xFF;
    printf("%u\n", struct1);
    struct1.ch4 = 0xFF;
    printf("%u\n", struct1);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

#include <string.h>

struct my_struct {

unsigned char ch1;

unsigned char ch2;

unsigned char ch3;

unsigned char ch4;

};

int main()

{

struct my_struct struct1;

memset(&struct1, 0, sizeof(struct my_struct));

printf("%u\n", struct1);

struct1.ch1 = 0xFF;

printf("%u\n", struct1);

struct1.ch2 = 0xFF;

printf("%u\n", struct1);

struct1.ch3 = 0xFF;

printf("%u\n", struct1);

struct1.ch4 = 0xFF;

printf("%u\n", struct1);

return 0;

}

struct变量就和基本类型，int, char等一样，直接指向其值，而且struct有多少字节，那个值就有多少字 […]

C/CPP

博客更换域名后的第一篇文章。本周，程序设计基础老师布置了一个上机作业，其中一项是一次生成两个零到九的随机数与加减乘除中的一个运算符号，输出两个数的运算式子，让用户输入运算结果，再把用户输入的值与程序运算的结果比较，从而判断用户运算的结果是否正确。看到这项作业，我担心遇到无理数的时候如何处理，不可能让人也算到那么多位小数吧…… 奇葩的是，老师的给我们的演示截图中恰好没有出现除不尽的情况，不知道是不是特意的？不然我就可以看看老师是偷懒用了整数型还是有高明的算法用浮点型了。首先想到的是：以数学解决问题根据多年的人工计算经验，一般都是保留两位小数，因此要求用户输入的数字精确到二位 […]