컴퓨터 시스템의 핵심: 스택 동작 방식 및 함수 호출 이해

핵심 기술: 본 콘텐츠는 컴퓨터 시스템의 핵심 구성 요소인 스택의 동작 원리를 push, pop 연산, 함수 호출 메커니즘, 스택 프레임, 인수 전달 방식, 지역 변수 저장, 리턴 주소 관리, 그리고 피호출자 저장 레지스터 등을 중심으로 상세하게 설명합니다.

기술적 세부사항:
* 스택 기본: 후입선출(LIFO) 구조로, 높은 주소에서 낮은 주소 순으로 데이터가 추가되며, 주소가 낮은 쪽이 상단으로 간주됩니다. 스택 포인터(%rsp)는 최상단 원소의 주소를 가리킵니다.
* Push/Pop 연산: pushq는 스택 포인터를 감소시키고 데이터를 저장하며, popq는 데이터를 읽고 스택 포인터를 증가시킵니다.
* 프로시저 및 런타임 스택: 함수 호출 시 필요한 정보(지역 변수, 인수, 리턴 주소 등)가 스택 프레임 형태로 저장되며, 함수 종료 시 해제됩니다.
* 함수 호출 (call): call 명령어는 다음 명령어의 주소(리턴 주소)를 스택에 푸시하고, 호출할 함수의 시작 주소로 점프합니다.
* 함수 반환 (ret): ret 명령어는 스택에서 리턴 주소를 팝하여 해당 주소로 점프함으로써 호출자로 복귀합니다.
* 인수 전달: x86-64 아키텍처에서는 최대 6개의 정수형 인자가 레지스터(%rdi ~ %r9)를 통해 전달되며, 초과분은 스택으로 전달됩니다. 반환값은 %rax 레지스터를 통해 전달됩니다.
* 지역 변수 저장: 일반적으로 레지스터에 저장되나, 레지스터 부족, 주소 연산 필요성, 배열/구조체 등의 이유로 스택 프레임에 할당될 수 있습니다.
* 피호출자 저장 레지스터: 함수 호출 시 값이 보존되어야 하는 레지스터(%rbx, %rbp, %r12-%r15)로, 피호출 프로시저(B)가 호출자 프로시저(A)를 위해 값을 유지해야 할 때 스택에 저장했다가 복원합니다.
* 배열 할당 및 접근: 연속된 메모리 공간에 할당되며, 포인터 연산을 통해 A[i]는 *(A + i)와 같이 접근됩니다. 다차원 배열은 행 우선 순서로 저장됩니다.
* 포인터 연산 최적화: 컴파일러 최적화 과정에서 배열 접근이 포인터 연산으로 변환되어 효율성을 높일 수 있습니다.

개발 임팩트: 이 자료를 통해 개발자는 자신이 작성한 프로그램이 기계 수준에서 어떻게 동작하는지 근본적인 이해를 얻을 수 있습니다. 특히 디버깅 시 발생하는 스택 관련 오류를 해결하거나, 성능 최적화를 위해 함수 호출 오버헤드를 이해하는 데 필수적입니다. 시스템 프로그래밍, 운영체제, 컴파일러 등의 분야를 깊이 파고들 때 기초가 됩니다.

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