Java 函数调用的基本原理

Java 函数调用的基本原理，我们先来了解一个重要的概念：栈，然后再通过一些例子来仔细分析函数调用的过程。

栈的概念

我们之前谈过程序执行的基本原理：CPU有一个指令指示器，指向下一条要执行的指令，要么顺序执行，要么进行跳转（条件跳转或无条件跳转）。

基本上，这依然是成立的，程序从main函数开始顺序执行，函数调用可以看作一个无条件跳转，跳转到对应函数的指令处开始执行，碰到return语句或者函数结尾的时候，再执行一次无条件跳转，跳转回调用方，执行调用函数后的下一条指令。

但这里面有几个问题。
1）参数如何传递？
2）函数如何知道返回到什么地方？在if/else、for中，跳转的地址都是确定的，但函数自己并不知道会被谁调用，而且可能会被很多地方调用，它并不能提前知道执行结束后返回哪里。
3）函数结果如何传给调用方？

解决思路是使用内存来存放这些数据，函数调用方和函数自己就如何存放和使用这些数据达成一个一致的协议或约定。这个约定在各种计算机系统中都是类似的，存放这些数据的内存有一个相同的名字，叫栈。
栈是一块内存，但它的使用有特别的约定，一般是先进后出，类似于一个桶，往栈里放数据称为入栈，最下面的称为栈底，最上面的称为栈顶，从栈顶拿出数据通常称为出栈。栈一般是从高位地址向低位地址扩展，换句话说，栈底的内存地址是最高的，栈顶的是最低的。

计算机系统主要使用栈来存放函数调用过程中需要的数据，包括参数、返回地址，以及函数内定义的局部变量。计算机系统就如何在栈中存放这些数据，调用者和函数如何协作做了约定。返回值不太一样，它可能放在栈中，但它使用的栈和局部变量不完全一样，有的系统使用CPU内的一个存储器存储返回值，我们可以简单认为存在一个专门的返回值存储器。main函数的相关数据放在栈的最下面，每调用一次函数，都会将相关函数的数据入栈，调用结束会出栈。

函数执行的基本原理

以上描述可能有点抽象，我们通过一个例子来具体说明函数执行的过程，看个简单例子：

public static int sum(int a, int b) {
    int c = a + b;
    return c;
}

public static void main(String[] args) {
        int d = Sum.sum(1, 2);
        System.out.println(d);
   }
}

这是一个简单的例子，main函数调用了sum函数，计算1和2的和，然后输出计算结果，从概念上，这是容易理解的，让我们从栈的角度来讨论下。
当程序在main函数调用Sum.sum之前，栈的情况大概如图所示。

栈中主要存放了两个变量args和d。在程序执行到Sum.sum的函数内部，准备返回之前，即第5行，栈的情况大概如图所示。

我们解释下，在main函数调用Sum.sum时，首先将参数1和2入栈，然后将返回地址（也就是调用函数结束后要执行的指令地址）入栈，接着跳转到sum函数，在sum函数内部，需要为局部变量c分配一个空间，而参数变量a和b则直接对应于入栈的数据1和2，在返回之前，返回值保存到了专门的返回值存储器中。

在调用return后，程序会跳转到栈中保存的返回地址，即main的下一条指令地址，而sum函数相关的数据会出栈，从而又变回上图的样子。

main的下一条指令是根据函数返回值给变量d赋值，返回值从专门的返回值存储器中获得。

函数执行的基本原理，简单来说就是这样。但有一些需要介绍的点，我们讨论一下。

我们在数据类型和变量的时候说过，定义一个变量就会分配一块内存，但我们并没有具体谈什么时候分配内存，具体分配在哪里，什么时候释放内存。

从以上关于栈的描述我们可以看出，函数中的参数和函数内定义的变量，都分配在栈中，这些变量只有在函数被调用的时候才分配，而且在调用结束后就被释放了。但这个说法主要针对基本数据类型，接下来我们介绍数组和对象。

酷客教程相关文章：

• Java 函数的用法
• Java 循环
• Java 条件执行
• Java 比较运算