C是否需要堆栈和堆才能运行？

人们谈论堆栈和堆是什么以及它们之间的区别。但我很想知道，如果CPU不支持堆栈和堆结构，那么C在没有堆栈和堆的情况下能否正常运行？

C语言需要（正如chqrlie指出的）某种机制来实现自动存储并跟踪函数调用返回点。实际上，这总是一堆。但它不需要堆

只有在使用库函数（如

malloc

）时才使用堆；而不是C语言本身。堆实际上没有什么神奇之处——你可以用纯C编写

malloc

和

free

。它只是有一大块

静态

内存，并有一个从块中分配空间的算法

您会问“如果CPU不支持堆栈和堆结构”怎么办？

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堆栈和堆只是由内存和指针组成的。我不认为你会发现一个可以被视为“CPU”的处理器没有这种能力的例子。

不，它没有。让我们先讨论一下，这很容易

不提供任何类型堆的实现只要在尝试调用

malloc

（或任何其他内存分配函数）时返回

NULL

。根据标准，这是完全可以接受的行为

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就堆栈而言，它也不需要提供堆栈。ISO C11完全零次提到“堆栈”一词

实现所需要做的只是成为标准中指定的所有内容的正确“虚拟机”。当然，如果没有堆栈，这将是非常困难的，但这不是不可能的。作为一种极端情况，没有任何东西表明不能简单地递归地内联每个函数调用。这将使用大量的代码和特定于函数的数据空间，但这肯定是可行的

然而，这可能会说服我转移到另一个架构，一个确实有堆栈（和堆）的架构

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话虽如此，即使体系结构既不提供堆也不提供堆栈，这两种都可以通过基本内存I/O操作构建。事实上，我十几岁时拥有的最早的电脑中有一台装有RCA 1802 CPU，它没有专用的堆栈。它甚至没有

调用

或

ret

指令

然而，它可以使用其SCRT（标准调用和返回技术）很好地处理子例程和堆栈（对于单词“well”的某些定义）。有关这个美丽的东西（或怪物，取决于你的观点）是如何工作的，以及其他一些不寻常的架构，请参阅

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IBMz（又称Systemz，zSeries，不管他们本周怎么称呼它）实际上有一个堆（可以从操作系统中分配内存），但没有堆栈。它实际上通过使用此堆内存和某些寄存器（类似于上面链接中引用的RCA芯片）来实现链表堆栈，这意味着函数prolog使用

STORAGE-get

分配本地函数内存，epilog使用

STORAGE-RELEASE

释放它

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不用说，这会为每个函数在prolog和epilog中添加相当多的额外代码。

正如其他答案所解释的，C11标准既不需要堆栈也不需要堆（请参阅）。但是，在实践中，两者都是有用的

关于这一点，这是很常见的，但可以“避免”：

• 有些可能足够聪明（特别是对于整个程序优化或链接时优化），可以检测到整个程序不需要任何的情况（一个简单的情况是整个程序没有函数指针，没有递归：在这种情况下，每个“调用帧”都可以在编译时静态分配）。许多优化编译器都是一些调用（有效地消除了这些调用对调用堆栈的需求），甚至对于未标记为

  inline

  的函数也是如此

• 今天的许多处理器（或，即…）都有一个硬件调用堆栈（例如，一些“”称为函数调用）。对于那些没有这样的硬件堆栈指针的设备（例如大型机、或），通常（或）可能会专用一些寄存器来充当堆栈指针的角色。顺便说一句，C甚至可以在理论上为（没有任何寄存器或堆栈指针的）实现

• 可以想象编译器使用来避免调用堆栈（有效地在堆中或堆中“分配”一些“调用帧”，可能需要一些人的帮助）。阿佩尔的旧书详细解释了这一观点。我不能说出任何C编译器的名字，但是标准允许这种方法。如果您将一些编译器从C编码到SML（或某些Lisp），您就可以拥有这样一个编译器

关于C堆，

malloc

函数可能总是失败，这仍然符合标准，但可能是最快的。此外，C标准允许独立实现完全没有任何

malloc

如果你寻找一个C语言几乎需要的特性，我会研究二进制表示法。我倾向于认为，为十进制计算机（如旧计算机）或三元计算机（如）实现C11编译器是非常不切实际的（但原则上是可能的，因为您可以“在三元或十进制计算机上实现二进制计算机；都是这样的”）。然而，你只能在博物馆里找到这样的旧电脑（20世纪50年代末、60年代初），它们在C语言发明之前就消失了

顺便说一句，和（和）实现中存在调用堆栈和堆，比C早了几十年。

问“我从哪里开始”的问题通常太广泛，不适合此站点。人们有自己的解决问题的方法，因此不可能有正确的答案。那就好好读一读吧