栈的概念（韦东山学习笔记）
栈核心问题 （针对 LR 覆盖、局部变量分配、RTOS 任务栈 ）
一、知识总览
这部分聚焦栈在函数调用、RTOS 任务中的核心逻辑，解决 3 个关键问题：LR 被覆盖如何处理、局部变量在栈里咋分配、RTOS 为啥每个任务要有独立栈。理解这些，才能搞懂程序执行流程、任务切换的本质，尤其是 RTOS 上下文管理的底层逻辑。
二、核心问题分步拆解
（一）问题 1：LR 被覆盖了怎么办？
在函数嵌套调用场景里，内层函数执行 BL 指令（函数调用指令 ）会覆盖外层函数的 LR（Link Register，存储返回地址 ），若不处理，函数返回时执行流向会混乱。结合 上图 拆解解决逻辑：
LR 的作用：
LR存储函数执行完后要返回的地址。比如main调用a_func时，执行BL a_func（图 中0x080001ba: BL a_func ; 0x8000154），会把main中下一条指令地址存入LR，保证a_func执行完能回到main继续运行。LR 被覆盖的原因：
函数嵌套调用（如main→a_func→b_func）时，内层函数的BL指令会覆盖外层函数的LR。像a_func调用b_func执行BL b_func，会把a_func里 “返回给main的地址” 覆盖成 “返回给a_func的地址”，若不处理，b_func执行完就无法正确回到main。解决方法：栈保存与恢复：
- 压栈保存（函数入口 ）：
函数开头用PUSH指令存LR到栈。以a_func为例（图 ），PUSH {r0, lr}会把当前R0（通用寄存器 ）和LR（返回地址 ）压入栈。这样即便内层函数覆盖LR，栈里仍留存外层函数正确的返回地址。 - 出栈恢复（函数出口 ）：
函数结尾用POP指令恢复LR到PC（Program Counter，控制程序执行流向 ）。如a_func的POP {r3, pc}，从栈中取出之前保存的LR值并赋给PC，让程序回到正确调用点（如main）。
总结：通过 “函数入口
PUSH存LR+ 函数出口POP恢复PC”，借助栈的 “后进先出” 特性，解决多层函数调用时LR被覆盖问题，确保函数嵌套调用后执行流能正确回归。图直观呈现了PUSH保存LR、POP恢复执行流的汇编指令与栈操作对应关系，是理解该机制的关键 。- 压栈保存（函数入口 ）：
（二）问题 2：局部变量在栈中如何分配？
函数内的局部变量（如 main 里的 char ch = 65; int i = 99; ），依托栈指针（SP ）调整和内存布局规则分配，结合 上图 解析：
栈指针调整：预留空间：
函数执行前，编译器生成指令调整SP（栈指针 ）。以main函数为例（上图 ），汇编可能有SP = SP - 20操作，向 低地址方向扩展栈帧（ARM 栈通常向低地址增长 ），为局部变量、保存的寄存器预留内存。变量填充：规则与对齐：
编译器按 “声明顺序 + 内存对齐” 把局部变量填入栈帧。先声明的变量地址更靠近SP原位置（地址 “高” ），后声明的更远离（地址 “低” ）；同时满足内存对齐（如int占 4 字节，按 4 字节对齐存储 ）。
比如上图中，char ch = 65（1 字节 ）、int i = 99（4 字节 ），编译器会严格安排它们在栈里的位置，保证访问时能通过SP + 偏移（如LDR R0, [SP, #4]）正确读取。总结：局部变量分配依托 “调整
SP预留空间 → 按规则填栈帧 →SP + 偏移访问” 实现。上图清晰展示main函数局部变量在栈中的分配逻辑，是理解该过程的核心参考 。
（三）问题 3：为什么 RTOS 任务都有自己的栈？
RTOS 多任务切换时，需保存 / 恢复任务执行现场（寄存器、局部变量等 ），每个任务配置独立栈是实现稳定切换的基础。结合上图 解析：
任务与执行现场：
RTOS 中任务（如Task_A、Task_B）是独立执行流，需随时暂停、恢复。任务执行现场包含 CPU 寄存器（PC、LR、R0 - R15）、局部变量、函数返回地址，统称 “上下文”。独立栈的必要性：
- 隔离性：任务切换时，不同任务的栈空间独立，避免数据干扰。比如
Task_A执行到一半被打断，其局部变量、返回地址存在自己的栈里；Task_B运行时用自己的栈存数据，互不影响。 - 保存现场：任务切换时（第 2 张图 ），需把当前任务的 “现场” 存到自己的栈，再恢复下一个任务的 “现场”。若共用一个栈，现场会被覆盖，切换后无法恢复执行。
举例：
Task_A执行b_func时被切换，栈里存着PC = 0x0800017a、R0 = 2等现场（第 3、4 张图 ）；切换到Task_B后，Task_B用自己的栈运行；切回Task_A时，从其栈恢复现场继续执行。总结：每个任务独立栈是为实现 “执行现场隔离存储与恢复”，保障多任务切换后能正确续跑。上图直观呈现任务切换时栈对现场的保存 / 恢复逻辑，是理解多任务栈设计的关键 。
- 隔离性：任务切换时，不同任务的栈空间独立，避免数据干扰。比如
三、知识串联（从函数调用到 RTOS 任务 ）
- 函数调用：用
LR存返回地址，嵌套调用时靠 “压栈保存LR+ 出栈恢复”。解决覆盖问题；局部变量依托SP调整、栈帧规则分配。 - RTOS 任务：每个任务用独立栈保存执行现场（寄存器、返回地址、局部变量 ），切换时存 / 恢复现场，保障任务暂停、续跑的正确性。
四、易错点 & 补充说明
（一）易错点
- 栈溢出：函数嵌套深、局部变量大，或 RTOS 任务栈配置小，会耗尽栈空间，覆盖代码段、堆，引发程序崩溃。需合理规划栈大小。
- 局部变量地址无效：函数返回后，局部变量栈空间释放，若返回其指针（如
return &ch;），会因访问 “无效地址” 出错。 - 任务栈未对齐：RTOS 任务栈需满足 ARM 架构对齐要求（如 4 字节对齐 ），否则存 / 取数据会因硬件不支持非对齐访问出错。
（二）补充拓展
- 栈帧优化：编译器会优化栈帧（复用空间、局部变量存寄存器 ），调试时需注意优化可能让栈帧 “不直观”。
- RTOS 上下文切换细节：除栈外，还涉及
PSP（进程栈指针 ）和MSP（主栈指针 ）切换（如 Cortex - M 系列 ），复杂 RTOS 会区分内核栈和任务栈，保障系统调用安全。