呼叫堆疊

呼叫堆疊（英語：Call stack，中國大陸稱調用堆棧，台灣稱呼叫堆疊）別稱有：執行堆疊（execution stack）、控制堆疊（control stack）、執行時堆疊（run-time stack）與機器堆疊（machine stack），是電腦科學中儲存有關正在執行的子程式的訊息的堆疊。英文有時直接簡稱「堆疊」（the stack），但堆疊中不一定僅儲存子程式訊息。幾乎所有電腦程式都依賴於呼叫堆疊，而高階語言一般將呼叫堆疊的細節隱藏至後台。

呼叫堆疊最經常被用於存放子程式的返回地址。在呼叫任何子程式時，主程式都必須暫存子程式執行完畢後應該返回到的地址。因此，如果被呼叫的子程式還要呼叫其他的子程式，其自身的返回地址就必須存入呼叫堆疊，在其自身執行完畢後再行取回。在遞歸程式中，每一層次遞歸都必須在呼叫堆疊上增加一條地址，因此如果程式出現無限遞歸（或僅僅是過多的遞歸層次），呼叫堆疊就會產生堆疊溢位。

功能

呼叫堆疊的主要功能是存放返回地址。除此之外，呼叫堆疊還用於存放：

• 本地變量：子程式的變量可以存入呼叫堆疊，這樣可以達到不同子程式間變量分離開的作用。
• 參數傳遞：如果暫存器不足以容納子程式的參數，可以在呼叫堆疊上存入參數。
• 環境傳遞：有些語言（如Pascal與Ada）支援「多層子程式」，即子程式中可以利用主程式的本地變量。這些變量可以通過呼叫堆疊傳入子程式。

堆疊解繞

從被呼叫函數返回會彈出堆疊的頂部幀，並可能留下一個返回值。更一般性的動作是從堆疊彈出一個或多個幀，從而恢復在程式中其它某處的執行，這叫做堆疊解繞（unwind），並且在使用了非局部控制結構的時候必須進行，比如例外處理。在這種情況下，一個函數的堆疊幀包含了指定例外處理器的一個或多個入口（entry）。在一個例外被投擲的時候，堆疊被解繞直到找到了準備處理（接住）這個投擲例外類型的一個處理器。

一些語言有要求通用解繞的其他控制結構。Pascal允許使用全域的goto陳述式，將控制從巢狀的函數傳送出來並進入此前呼叫的外面的函數。這個操作要求堆疊被解繞，恢復正確的上下文，來將控制傳送給包圍它的外面的函數中目標陳述式，需要移除多少堆疊幀就移除多少。類似的C語言有setjmp與longjmp函數充當非局部跳轉。Common Lisp允許通過使用unwind-protect特殊算子控制在堆疊被解繞時都要做些什麼。

在應用續體的時候，堆疊（在邏輯上）被解繞並重繞（rewind）上這個續體的堆疊。這不是實現續體的唯一方式，例如可以使用多個顯式的堆疊，應用一個續體可以簡單的啟用它的堆疊並盤繞（wind）上一個要傳遞的值。Scheme語言允許通過dynamic-wind在呼叫一個續體的時候，在控制堆疊「解繞」或「重繞」的特定點上，執行任意的thunk（英語：thunk）。

實例

匯編語言

以下MIPS匯編語言程式計算${\displaystyle 3^{2}+4^{2}}$，並將結果存至暫存器s0。

main:
    li      $a0, 3
    li      $a1, 4
    jal     sumsq
    move    $s0, $v0
    j       mainend
sumsq:
    addi    $sp, $sp, -4        # 在堆疊上分配空間
    sw      $ra, 0($sp)         # 將sumsq的返回位址存入堆疊中
    jal     square
    move    $t0, $v0
    move    $a0, $a1
    jal     square
    add     $v0, $v0, $t0
    lw      $ra, 0($sp)         # 從堆疊中取回sumsq的返回位址
    addi    $sp, $sp, 4         # 釋出堆疊上分配的空間
    jr      $ra
square:
    mult    $a0, $a0
    mflo    $v0
    jr      $ra
mainend:

這裏，主程式（main）呼叫「sumsq」子程式並將返回地址存入暫存器ra，但是「sumsq」子程式需要呼叫「square」子程式。為保證sumsq的返回地址不被重寫，這個地址被儲存在堆疊中。在square子程式返回後，sumsq再從堆疊中取回其自身的返回地址。

安全性

在較底層語言（如匯編語言與C語言中），程式控制訊息與資料可能一同被存入呼叫堆疊中，因此造成安全隱患，可能允許惡意程式通過堆疊緩衝區溢位（stack buffer overflow）來獲取程式的控制權。

參見

• 記憶體管理
• 呼叫約定
• 堆疊溢位