栈其实就是计算机系统内存中的一小块。栈是一块特殊的内存区域，栈在内存中的增长方向是向低地址扩展，%rsp寄存器存储栈的最低地址，即栈顶元素的地址。这种栈结构在程序中的应用有助于实现函数调用、局部变量的管理以及递归等功能。

 Push和Pop指令

内存中中的栈可以进行push和pop指令，如果你学过数据结构中的栈，基本就是类似的。 

Pushq

pushq Src操作包括以下步骤：

1. 从Src获取操作数。
2. 将%rsp寄存器的值减8（因为x86-64架构中，一个二进制字长度为8字节）。
3. 将操作数写入%rsp寄存器指向的地址。

通过pushq操作，我们将数据压入栈顶，并更新了栈顶指针%rsp

popq

popq Dest操作包括以下步骤：

1. 读取%rsp寄存器指向的地址处的值。
2. 将%rsp寄存器的值加8。（越往上地址越高，这里是向上缩小了）
3. 将读取到的值存储在Dest（通常是一个寄存器）。

关于pop要注意的是，我们仅仅是把原来的值copy了一份给了Dest, %rsp的值虽然加了8往上移动了，但是原来%rsp所指的值依然存在在内存的那个位置中。

程序控制流Control Flow

在程序执行过程中，栈结构被用于支持函数的调用和返回。

函数调用：call指令

当需要调用一个函数时，使用call label指令。它执行以下操作：

1. 将返回地址（return address）压入栈中。（返回地址是紧跟在call指令后的下一条指令的地址。这一点很好理解，执行完call后就要回来继续往下执行嘛。）
2. 跳转（jump）至label指定的函数起始位置。

函数返回：ret指令

当函数执行完毕，需要返回到调用它的位置时，使用ret指令。它执行以下操作：

1. 从栈中弹出地址（pop address from stack）。
2. 跳转（jump）至弹出的地址。

下面放一个例子，我配上了注释说明，应该很好理解。图中%rip存的是当前执行指令地址，即instruction pointer。

 栈存储额外参数

在我们调用函数时，如果函数的参数少于等于6个，我们可以用%rdi %rsi %rdx %rcx %r8 %r9这几个寄存器分别存储这六个参数，但如果参数多于6个，从第七个开始，我们就会把他们放到栈里。

Stack Frames栈帧

啥是栈帧？当调用一个函数时，会使用 call 指令。call 指令会将返回地址压入栈中，然后跳转到目标函数的起始位置。此时，新的栈帧会被分配和设置，用于存储目标函数的参数、局部变量等。

返回地址属于调用者（上一个函数）的栈帧。当一个函数被调用时，它的返回地址会被call指令压入到当前栈帧的顶部，紧接着就是下一个（被调用）函数的栈帧。

基于栈的编程语言通常支持递归，例如C、Pascal和Java等。这些编程语言的代码必须是"可重入的"（Reentrant），这意味着单个函数可以拥有多个同时进行的实例。为了实现这种功能，我们需要某种方式来存储每个函数实例的状态，包括参数、局部变量和返回指针等。栈规则（Stack Discipline）是为了实现上述需求而采用的策略。对于给定的函数实例，我们只需要在有限的时间内维护其状态，即从函数被调用到函数返回的这段时间。此外，被调用函数（callee）在调用函数（caller）返回之前就需要返回。

为了实现栈规则，我们将栈分配为栈帧。每个栈帧代表单个函数实例的状态。当一个函数被调用时，将为其分配一个新的栈帧，用于存储其参数、局部变量和返回指针等。当函数返回时，将释放其栈帧，从而为其他函数实例提供空间。

栈帧是用于存储函数实例状态的数据结构。每个栈帧包含以下内容：

1. 返回信息：包括返回地址（return address）和可能的保存的寄存器值。
2. 局部存储（如果需要的话）：用于存储函数内的局部变量。
3. 临时空间（如果需要的话）：用于存储函数执行期间可能需要的临时数据。

栈帧的分配和回收在函数的调用和返回过程中完成：

1. 分配空间：当进入函数时，先将返回地址压入栈中，再会为其分配一个栈帧。这个过程包括pushq指令（由call指令执行）。
2. 回收空间：当函数返回时，会释放其栈帧。这个过程包括popq指令（由ret指令执行）将返回地址从栈中弹出。

上面的caller frame就是调用者的栈帧，caller又调用了另一个函数，于是有了新的栈帧。

Caller Saved 和Callee Saved 寄存器

最后再补充两个概念：Caller Saved 和Callee Saved。

当一个函数掉用另一个函数时，另一个函数进行计算时同样会用到寄存器来存储数据，那么难免会影响到前一个函数在寄存器上面的值，因此有这么一种规范或者约定，来帮助程序合理地使用寄存器而不会彼此冲突。

调用方保存寄存器（caller-saved register）也叫( “Call-Clobbered”）

这个术语的意思是，在调用过程（函数或子程序）之前，调用方有责任保存这些寄存器的值。这是因为被调用方可能会修改这些寄存器的值，而不需要负责恢复它们。换句话说，如果调用方关心这些寄存器的值，它需要在调用过程之前将这些值保存到内存中，在调用过程完成并返回后再将它们恢复到寄存器中。

属于caller-saved register的寄存器有：%rdi %rsi %rdx %rcx %r8 %r9 %r10 %r11

被调用方保存寄存器（callee-saved register）也叫（“Call-Preserved”）

当一个函数或子程序（被调用方）计划使用这些寄存器时，它负责在执行过程中保留这些寄存器的初始值，并在过程结束前恢复它们。这样，调用方可以确信在调用过程返回后，这些寄存器的值保持不变。被调用方保存寄存器的目的是减轻调用方的负担，因为它无需为这些寄存器执行保存和恢复操作。因此被调用方保存寄存器和调用方保存寄存器是互补的。

属于callee-saved register的寄存器有：%rbx, %r12, %r13, %r14

简单来说，caller-saved register是会被子函数改变的，调用者要自己通过提前存储的方式保存下来；而callee-saved register是可以保证调用结束后值不变的，调用者不用操心它们~