要深入理解 數組、指針和函數參數傳遞 的底層 ABI（Application Binary Interface）實現，需要從以下幾個維度出發進行學習：

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一、什么是 ABI？

ABI 是編譯器和操作系統之間的協定，規定了：

• 函數如何調用（參數傳遞、返回值）
• 棧幀布局（局部變量、返回地址、保存寄存器）
• 調用約定（Calling Convention）
• 數據的對齊方式（alignment）
• 如何在內存中布局結構體、數組、類對象等

例如：x86_64 系統通常使用 System V AMD64 ABI

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二、函數參數傳遞 ABI 行為：值 / 地址 / 數組

1. 普通變量（按值傳遞）

void foo(int a) {// 棧幀中的 a 是實參副本
}

• 編譯器會將 a 作為 整數寄存器（如 rdi）傳入
• 或在棧中開空間拷貝參數（當寄存器用完或大于特定大小）

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2. 指針（傳地址）

void foo(int* p) {*p = 10;
}

• 指針 p 是 8 字節地址，通常放在寄存器（如 rdi）
• *p 會間接訪問內存（間接尋址）

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3. 數組參數（退化為指針）

void foo(int arr[]) {arr[0] = 10;
}

• int arr[] 會被 退化為 int* arr
• ABI 上是 按指針傳遞

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三、C++ 底層函數調用過程（以 x86_64 System V 為例）

調用 foo(int a, int* p) 時的流程（簡化）：

main():a = 42;int* p = &a;call foo(a, p)

底層匯編（偽代碼）：

mov edi, 42          ; 第一個參數 a → edi
mov rsi, &a          ; 第二個參數 p → rsi
call foo

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四、函數棧幀結構（以 GCC / x86_64 為例）

一個函數的棧幀通常如下：

 ┌───────────────┐ ← 高地址│ 返回地址      │ ← 調用者壓入│ old %rbp      │ ← 保存上層基址│ 參數備份/局部變量 ││ 臨時寄存器保存 │└───────────────┘ ← %rsp 棧頂

調用過程：

• call foo → 跳轉并壓入返回地址
• push %rbp → 建立新的基址指針（%rbp）
• sub rsp, n → 為局部變量分配空間

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五、數組傳值傳引用的差異 ABI 視角下分析

1. 按值傳遞數組（不推薦）

void foo(int arr[5]) { ... } // 實際變為 int* arr

• 編譯器不會復制整個數組
• 傳的是指針地址
• 在函數內對 arr[i] 的修改會影響外部

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2. 真正的數組按值傳遞（必須用 std::array 或結構體包裝）

struct ArrWrap {int arr[5];
};void foo(ArrWrap a);

• 編譯器會 完整拷貝結構體 到寄存器或棧
• 不會影響原數組內容

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六、C++ 對象參數 ABI 行為（指針/引用/拷貝）

參數類型	ABI 表現
T	可能按值復制進棧或寄存器
T&	傳指針，指向原對象
T*	明確傳地址
const T&	仍然傳地址，只是禁止修改

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七、數組和指針的底層行為對比

void foo(int* p);    // 編譯器看作地址傳遞
void bar(int arr[10]); // 實質上也是 int* arr

舉例說明區別：

int arr[10];
foo(arr); // arr 退化為 &arr[0]

• sizeof(arr) 是 40
• sizeof(p) 是 8（在 64 位系統）

void size_test(int* p, int arr[10]) {cout << sizeof(p) << endl;   // 8cout << sizeof(arr) << endl; // 8（退化后）
}

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八、調試驗證：GCC 下使用 objdump 或 gdb

編譯為匯編查看 ABI 細節：

g++ -O0 -S main.cpp -o main.s

或者用 gdb 單步跟蹤：

gdb ./a.out
(gdb) break foo
(gdb) run
(gdb) info registers

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九、結構體中的數組傳遞 ABI 規則

struct Data {int x;int arr[4];
};void process(Data d); // 會按值拷貝整個結構體（如果不大）

如果結構體很大，則：

• 編譯器會在 caller 中分配臨時內存
• 傳遞 指向該內存的隱藏指針

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十、小結圖示（建議結合圖）

函數參數 ABI 層調用過程：main:┌─────────────┐│ 棧變量 a    │ ← &a└─────────────┘│▼
foo(a, &a):┌──────────────┐│ 寄存器傳參   │ ← rdi = a, rsi = &a│ 棧幀建立     ││ 局部變量空間 │└──────────────┘

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