C语言汇编分析传递结构体指针比传递结构体变量高效的深层原因

前言

先声明下观点：当有少量结构体成员时，传递结构体指针和结构体变量的差距不大；当有大量结构体成员时，随着成员越来越多，传递指针的效率也越来越高，与传递变量的差距也越来越大。

传递结构体变量

直接看代码：

测试程序demo01.cpp，如下：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
struct st_info                    // 定义结构体
{
    int x;
    int y;
    int m;
    int n;
};
int retAddst(st_info stinfo)      // 函数返回结构体变量成员相加的值
{
    return stinfo.x+stinfo.y+stinfo.m+stinfo.n;
}
int main()
{
    st_info stinfo = {1,2,3,4};   // 定义变量准备传参。
    int r = retAddst(stinfo);     // 接收返回值，此处设置断点查看反汇编
    return 0;
}

vs2010：断点、F7编译、F5调试、ALT+8转到反汇编

如下：

当看到这段汇编代码的实现的时候，可能对于新手都不太友好，因为之前对于函数的调用时，汇编代码大多都是使用push进行传参，但是这里调用函数却没有用到push，那他是怎么实现的呢？

我们画堆栈图逐步分析：

堆栈：

汇编：

堆栈：

汇编：

堆栈：

汇编：

堆栈：

汇编：

堆栈：

汇编：

堆栈：

然后下面就是调用函数，让我们看看函数中是怎么使用的

单步F11进入函数内部：

汇编：

这里我直接给出堆栈结果，不懂得可以看我之前的文章《堆栈图》

汇编：

对应堆栈：

可以看出，虽然没有使用push进行参数的传递，但是他还是使用堆栈，使用ebp寻址来实现的函数参数的查找。

为什么说传递结构体变量性能不高？

我们来分析汇编：

为什么这叫拷贝？

拷贝的概念就是，在不影响原值的情况下，在另外一个地址中也存放一个同样的值

我们可以发现，我们mov指令并不会删除我们之前定义在main函数局部变量区域中的1,2,3,4，并且还复制了一份到esp、esp+4...这些地址中，所以这就是拷贝。

一次拷贝需要从原地址中取一次值、然后放到寄存器、最终放到目标地址，是不是很麻烦？但是如果结构体变量中需要用到四个成员，那么就需要进行四次拷贝，如果成员越来越多，拷贝的次数也就越来越多......

结构体成员拷贝的坏处

随着拷贝次数越来越多，不但会影响性能，也会使汇编代码显得非常臃肿。

解决方法就是传指针。

传递结构体指针

按照我们对传递指针的理解，我们认为传递变量的指针就是传递他的地址，那么既然有了这个变量的地址了，是不是就不需要拷贝了？

测试程序demo01，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
struct st_info                    // 定义结构体
{
    int x;
    int y;
    int m;
    int n;
};
int retAddst(st_info* stinfo)      // 函数返回结构体变量成员相加的值
{
    return stinfo->x+stinfo->y+stinfo->m+stinfo->n;
}
int main()
{
    st_info stinfo = {1,2,3,4};   // 定义变量准备传参。
    int r = retAddst(&stinfo);     // 接收返回值，此处设置断点查看反汇编
    return 0;
}

重新生成、调试、反汇编：

lea eax,[ebp-18h]

通过上面将1存入[ebp-18h]我们知道ebp-18h就是结构体第一个成员的地址，也就是结构体的首地址，所以这里我们仅仅是传递了结构体的首地址

（注意：lea指令是将ebp-18h这个地址赋值给eax，而不是将地址中的1赋值给eax）

与传递结构体变量的汇编对比：

1、首先我们一眼就能看出，汇编代码变得整洁了。

2、传递结构体变量的汇编中，虽然找不到push，但是我们进入函数中分析，发现它使用的依旧是堆栈、并且最后平衡堆栈的时候是add esp+10h，不算函数提升堆栈的使用，总共使用了16字节的堆栈；

然而对于传递指针，最终只是add esp,4；只使用了4个自己的堆栈。并且随着结构体的成员越来越多、差距会越来越大。

对于传递指针，函数内部是如何使用的呢？

如下：

可能看到这里，会有人问：这不是和传递结构体变量传参的代码差不多吗？因为单从汇编代码上来观察，貌似都长得很像，但是还是有区别的。

传递变量时，我们是将原堆栈中的值取出放到寄存器、然后寄存器放到新的堆栈中

传递地址时，我们是将首地址放到寄存器中，然后取出该地址中的值又放到寄存器中

区别呢？

三种方法看出传递变量与传递指针的差距

<1>

传递变量：堆栈->寄存器->新堆栈

传递指针：堆栈->寄存器->寄存器

我们之前说过，使用内存（堆栈）是绝对没有使用cpu(寄存器)的效率高的，所以这也能看出传递地址是比传递变量效率高的。

<2>

传递变量：add esp,10h

传递指针：add esp,04h

当我们传递变量时，我们可以发现，底层汇编是不断的将源地址中的值取出放到堆栈中的，一个使用了16个字节；但是传递地址只用到了四个字节的堆栈，就是用来存放结构体的首地址。这样一来，传递变量内存使用比传递指针要多。当然，我们结构体成员越多，传递变量使用到的堆栈就越多，而传递指针还是只是用4个字节堆栈存放结构体首地址，二者的差距会越来越大。

<3>

传递变量与传递地址的时候，我们都是先将结构体成员存放到main函数的局部变量区域中，也就是下面这一块：

但是传递变量的时候，它是将这四个值1,2,3,4拿出来又放进去的，操作是很频繁的。相反传递地址的时候只是把【ebp-18h】这个地址放进去。一个操作四次、一个操作一次，差距一眼就能看出来。

总结

通过上面的对比，我们可以看出传递指针的效率是比传递变量效率高的。这个差距会随着结构体成员个数的提升而提升。所以，建议传递结构体指针。

到此这篇关于C语言汇编分析传递结构体指针比传递结构体变量高效的深层原因的文章就介绍到这了,更多相关C语言汇编分析内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！