作 者：道哥，10+年的嵌入式開發老兵。
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在任何一門編譯型語言中，棧操作都是非常重要的。
利用棧的後進先出特性，可以很方便的解決一些棘手的問題，以至於 CPU 單獨分配了 push 和 pop 這兩個命令來專門操作棧，當然了，還有其他一些輔助的棧操作指令。
對於一些解釋型的指令碼語言，比如：Javascript、Lua 等，它們與宿主語言之間的引數傳遞也都是通過棧來操作的。
因此，理解了棧操作的基本原理，對於學習、理解高階語言是非常有幫助的。
這篇文章，我們繼續從最底層的指令碼入手，通過一個子程式呼叫(即：函式呼叫)，來學習棧空間是如何操作的，也就是下面這張圖：
示例雖然是彙編程式碼，但是指令碼一共不超過10個，而且每一句都有註釋，相信你閱讀一定沒有問題！
再次重申：我們不是在學習組合語言，只是利用匯編程式碼，去繁存簡，用最簡單的例項來理解棧的操作。
示例程式碼說明
程式碼的功能是：
主程式：設定資料段、棧段、棧頂這 3 個暫存器，然後呼叫子程式(函式呼叫);
子程式：從暫存器 si 中獲取字串開始地址，然後計算字串的長度，最後通過暫存器 ax 返回給主程式;
主程式在呼叫子程式的時候，就涉及到返回地址的入棧、出棧操作。
子程式在計算字串長度的時候，為了保護一些使用到的暫存器不被破壞，也涉及到入棧和出棧操作。
我們的主要目標就是來研究以上這2部分操作時，棧空間裡的資料變化情況。
具體的程式碼說明如下：
執行主程式
以下演示的截圖，是通過debug.exe這個工具來除錯的。
在除錯的過程中，主要關心的就是棧空間中的資料，以及幾個暫存器的值：
程式碼相關： cs, ip
棧相關：ss, sp
初始狀態
在執行第一條指令之前，首先看一下所有暫存器中的值：
此時，我們還沒有為資料段暫存器 ds、棧段暫存器ss賦值，因此裡面的值是沒有意義的。
只有 cs:ip 暫存器的值是有意義的，此時它們為 076F:0000，指向第一條程式碼處。
再來看一下指令碼：
兩個綠框內的指令，就是用來設定資料段暫存器 ds、棧段暫存器 ss 和 棧頂暫存器 sp。
這部分內容在上一篇文章中都已經詳細描述過了，這裡就不重複了。
執行程式碼前 5 句
mov ax, data
mov ds, ax
mov ax, stack
mov ss, ax
mov sp, 20h
這 5 行程式碼的功能就是：設定 ds、 ss 和 sp。
執行完這 5 行程式碼後，暫存器中的值為：
從以上這張圖中可以看到編譯器為程式安排了下面這幾個地址：
把【資料段】安排在 076C:0000 位置;
把【棧段】 安排在 076D:0000 位置;
把【程式碼段】安排在 076F:0000 的位置;
雖然資料段值定義了 6 個位元組的資料( 5 個字元 + 1 個結束符)，但是它與棧段的開始地址之間，還是預留了 16 個位元組的空間。
我們把此時記憶體空間的整體佈局畫一下：
準備呼叫子程式
我們都知道，在呼叫函式的之後，需要把呼叫指令後面的那條指令的地址，壓入到棧中。
只有這樣，被呼叫函式在執行結束之後，才能繼續返回到正確的指令處繼續執行。
CPU 在執行 call 指令的時候，會自動把 call 指令的後面一條指令的地址，壓入到棧中。
在執行 call 指令之前，我們先來看一下 2 張圖片。
1. call 的指令碼和彙編程式碼
call 的彙編程式碼是：call 0018。
0018 指的是指令暫存器 ip 的值，加上程式碼段暫存器 cs，就是：076F:0018，這個位置處儲存的就是子程式的第一條指令：push bx。
注意：call 的指令碼是 E80500，E8 是 call 指令的操作碼，0005 是指令引數(注意：低位元組是放在低地址，即：小端模式)。
之前文章說過，CPU 在執行一條指令後，會自動把指令暫存器 ip 修改為下一條指令的地址。
當 call 這條指令執行時，ip 就自動變成下一條指令的地址，再加上 call 指令中的 0005，也就是說讓 ip 再加上這個值，就是子程式的第一條指令的地址。
這也是相對地址的概念！在以後介紹到重定位的時候，再繼續聊這個話題。
2. 棧空間的資料
此時，棧頂暫存器 sp 的值為 0020，即：棧的最高地址的下一個位置(為什麼是這個位置？上一篇文章有說明)。
這 32 個位元組的內容是沒有任何意義的。
因為棧裡資料是否有意義，是依賴於 sp 暫存器的，可以把它理解成一個指標，有些書籍中稱呼它為：棧頂指標。
呼叫子程式
子程式的功能是計算字串的長度，那麼主程式一定要告訴子程式：字串的開始地址在哪裡。
在程式碼的開頭，我們放置了 6 個位元組的資料段空間，內容是 5 個字元，加上一個 0。
主程式把第一個字元的地址 0，通過暫存器 si 來告訴子程式：mov si, 0。
子程式在執行時，就從 si 的值所代表的地址處，依次取出每一個字元。
現在我們開始執行 call 指令。
從上面的描述中可以知道：call 的下一條指令的地址(076F:0013)，將會被壓入到棧中。
由於這裡 call 指令是段內跳轉，不會把 cs 的值入棧，僅僅是把 ip 的值入棧。(如果是段間跳轉的話，就會把 cs:ip 都壓棧)
我們來看一下執行 call 指令之後的兩張圖：
1. 暫存器的值
從圖中看出 sp 的值變成了 001E。還記得之前文章說的入棧操作嗎？
Step1：sp = sp -2。由於 sp 的初值是 0020，減去 2 之後就是 001E（都是十六進位制）;
Step2：把要入棧的值(也就是下一條指令的地址 0013)放在 sp 指向的地址處。
從圖中還可以看到，指令暫存器 ip 的值變成了 0018，也就是子程式的第 1 條指令(push bx)的地址。
2. 棧空間的資料
可以看到：最後 2 個位元組是 0013，也即是下面的這樣：
此時，指令暫存器 ip 指向了子程式的第一條指令 076F:0018 處，那就繼續執行吧！
子程式
保護使用到的暫存器
我們知道：CPU 中暫存器都是公用的。
在子程式中，為了計算字串的長度，程式碼中用到了bx, cx 這 2 個暫存器。
但是我們不知道這 2 個暫存器是否在主程式中也被使用了。
如果我們冒然直接使用它們，改變了它們的值，那麼在子程式執行結束後，返回到主程式時，主程式如果也用了這 2 個暫存器，那就有麻煩了。
因此，在子程式的開始處，需要把 bx, cx 放在在棧中進行暫存保護。
當子程式返回的時候，再從棧中恢復它們的值，這樣就不會對主程式構成潛在的威脅了。
1. push bx
在入棧之前，bx 的值是 0000，我們給他入棧。
還記得上篇文章中入棧的操作嗎：
Step1: 把 sp 的值減 2;
Step2: 把要入棧的值放在 sp 地址處(2個位元組);
此時，棧頂暫存器 sp 變成 001C (001E - 2)。
ba
再來看一下棧空間的資料情況：
此刻，棧中有意義的資料就有 2 個：返回地址，bx 的值。
2. push cx
在入棧之前，cx 的值是 005C，我們給他入棧。
執行入棧的 2 步操作之後，棧頂暫存器 sp 變成 001A (001C - 2)。
棧空間的資料情況：
3. 計算字串的長度
字串是放在資料段中的。資料段的段地址 ds，在主程式的開頭已經設定好了。
字串的首地址，主程式在執行 call 指令之前，已經放在暫存器 si 中了。
因此，子程式只要從 si 開始位置，依次取出每一個字元，然後檢查它是否等於 0 (jcxz)。
如果不為0，就把長度值加 1 (
inc bx)，然後繼續取下一個字元(inc si)；如果為0，就停止獲取字元，因為已經遇到了字串末尾的 0。
在迴圈獲取每一個字元的時候，可以用 bx 暫存器來記錄長度，所以在子程式的開頭要讓 bx 入棧。
讀取的每個字元，放在 cx 暫存器中，所以在子程式的開頭要讓 cx 入棧。
我們來看一下檢查第一個字元 'a' 的情況：
此時：
bx 的值為 0001，說明長度至少為 1。
si 的值為 0001，準備取下一個位置 ds:si（即：076C:0001）處的字元 ‘b’。
這個過程一直迴圈 6 次(loop s)，當 ds:si 指向 076C:0005，也就是取出的字元為 0 時，就直接跳轉到標號為 over （即：076F:0027）的地址處。
此刻，暫存器 bx 中就存放著字串的長度：0005：
4. 把字串長度告訴主程式
字串的長度計算出來了，我們要把這個值告訴主程式，一般都是通過通用暫存器 ax 來傳遞返回結果。
所以，執行指令 mov ax, bx 把 bx 的值賦值給 ax，主程式就可以從暫存器 ax 中得到字串的長度了。
5. pop cx
子程式在返回之前，需要把棧中儲存的 bx、cx 值恢復到暫存器中。
另外，由於棧的後進先出特性，需要把棧頂資料先彈出到 cx 暫存器中。
在執行出棧之前：
sp = 001A
cx = 0000
棧中的資料情況如下：
pop cx 指令分為 2 個動作：
Step1：把 sp 指向的地址單元的中資料( 2 個位元組)，放入暫存器 cx 中，於是 cx 中的值變成了：005C；
Step2：把 sp 的值自增 2，變成 001C (001A + 2)。
此時，棧中的資料情況：
6. pop bx
執行過程是一樣的：
Step1：把 sp 指向的地址單元的中資料( 2 個位元組)，放入暫存器 bx 中，於是 bx 中的值變成了：0000；
Step2：把 sp 的值自增 2，變成 001E (001C + 2)。
此時，棧中的資料情況：
7. 返回指令 ret
CPU 在執行 ret 指令時，也有 2 個動作：
Step1：把 sp 指向的地址單元的中資料( 2 個位元組)，放入指令暫存器 ip 中，於是 ip 中的值變成了：0013；
Step2：把 sp 的值自增 2，變成 0020 (001E + 2)。
此時，棧中的資料情況是：
這時，棧頂暫存器 sp 已經指到了程式碼段的空間中。這是由於我們在剛開始安排的時候，沒有在棧與程式碼之間，空出來一段緩衝空間。
不管怎樣，此時:
棧空間中沒有任何有意義的資料了;
cs:ip 指向了主程式中 call 指令的下一條指令（mov ax,4c00h）;
所以，當 CPU 執行下一條指令的時候，又回到了主程式中繼續執行。。。
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