1つの実行中のプログラム(より正確に言えばスレッド)には、1つのコールスタックが対応して存在する。シグナル処理や協調的マルチタスク処理で追加のスタックを使う場合もあるが、通常使用中のコールスタックは常に1つなので、これを単に「(そのタスクの)スタック」と呼ぶことがある。高級言語では、コールスタックの詳細はプログラマからは見えない。関数のリストだけにアクセス可能で、スタックを構成しているメモリ自体にアクセスすることはできない。アセンブリ言語の多くでは、プログラマはスタックを操作する必要がある。プログラミング言語におけるスタックの詳細はコンパイラ、オペレーティングシステム、命令セットなどに依存する。コールスタックの機能[編集]前述のように、コールスタックの第一の目的は以下の通りである。リターンアドレスの格納サブルーチンが呼び出されたとき、戻るべき命令のアドレスをどこかに記憶しておく必要がある。スタックを使ったリターンアドレスの格納は他の方法にはない利点がある。第一に、各タスクは対応するスタックを持っているので、サブルーチンは再入可能(リエントラント)、つまり複数のタスクが同時に同じサブルーチンを実行することが可能となる。第二に、再帰呼び出しが可能となるという利点がある。関数自身は再帰的に呼び出されたとしても、リターンアドレスは呼び出される度に記憶しておかなければならない。スタックを使うとこの機能が自動的にサポートされる。言語、オペレーティングシステム、ハードウェア環境に依存するが、コールスタックはそれ以外の機能も持つことがある。そのような機能として以下のものがある。多くのサブルーチンは局所変数(自動変数)の値を格納するメモリ領域を必要とする。局所変数とは実行中のサブルーチンでのみ使われる変数で、そのサブルーチンの処理が終われば値を必要としない。このためにスタックのトップを動かして空き領域を作り、局所変数に利用することができる。これは動的メモリ確保に比べると非常に高速に行える。サブルーチンが呼び出される度にスタック上の局所データの領域が確保される点に注意されたい。引数受け渡しサブルーチンには引数を必要とするものがある。引数は呼び出し側のコードが提供し、その引数をコールスタック上に置くことは珍しくない。一般に引数の個数が少なければ、プロセッサのレジスタが引数の受け渡しに使われる。引数の個数が利用可能なレジスタ数より多ければ、何らかのメモリ領域を使わざるを得ない。コールスタックはそのような値の受け渡しには最適で、サブルーチンの呼び出しの度に固有の引数が渡されるのに対して、コールスタックも呼び出しの度に固有の領域を与えられる。評価スタック論理演算や数値演算のオペランドは多くの場合レジスタに置かれて処理される。式が複雑になるとレジスタだけでは収まりきらなくなり、何らかのメモリ領域が必要となる。stack)と呼ばれ、コールスタックを利用して実装することがある。現在のインスタンスへのポインタC++のようなオブジェクト指向言語では、メソッド呼び出しの際にthisポインタを引数と共にコールスタックに格納する。thisポインタは呼び出されるメソッドに対応するオブジェクトのインスタンスを指している。thisポインタはオブジェクト指向言語のコンテキストの基本要素であり、現在のオブジェクトの持つプライベートデータへのアクセスを提供する。thisポインタはオブジェクト指向プログラミングとコールスタックを結びつけるものである。ルーチンの入れ子における静的スコープサポートPascalやAdaといったプログラミング言語はサブルーチンの入れ子が可能であり、内側のルーチンが外側のルーチンのコンテキスト(外側のルーチンの引数や局所変数)にアクセスできるようになっている。この静的な入れ子はいくつも繰り返すことができ、関数の中に別の関数を定義し、その中でさらに別の関数を定義し......といったことが可能である。このため実装に当たっては呼び出された関数が静的な入れ子を遡って外側のフレームにアクセスできる手段を提供する必要がある。一般に外側のフレームへのポインタとしてこの参照を実装し、これを「ダウンスタック・リンク」または「スタティック・リンク」と呼んで、直前の呼び出し側ルーチンとのリンク(ダイナミック・リンク)と区別する(呼び出し側は定義上の外側のルーチンとは限らない)。内側のルーチンは自分自身を再帰呼び出しできるようになっている言語が多く、同じルーチンのスタックフレームがコールスタック上にいくつも重なることがあり、それらが全て同じ外側のルーチンのコンテキストへのスタティック・リンクを持つことになる。スタティック・リンクの代わりに、外側のスタックフレームへの参照を集めてポインタの配列とする方式もある。呼び、インデックスを指定することで必要なフレームを得ることができる。ハードウェアでこれをサポートしており、32レベルの静的入れ子を使用可能だった。他のリターンステータスリターンアドレスだけでなく、環境によってはサブルーチンから復帰する際に戻さなければならないハードウェアやソフトウェアのステータスがあるかもしれない。必要に応じてこれらもリターンアドレスのようにコールスタックに格納される。典型的なコールスタックはリターンアドレス、局所データ、引数を格納する(これを「コールフレーム」と呼ぶ)。環境によってはコールスタックの機能に差異がある。FORTH言語では、コールスタックにはリターンアドレスと局所変数のみが格納され(これをリターンスタックと呼ぶ)、引数は別のデータスタックに格納される。多くのFORTHの実装では浮動小数点数の引数を格納するための第三のスタックが存在する。構造[編集]コールスタックはスタックフレームから構成される(アクティベーションレコードとも呼ばれる)。スタックフレームはマシン依存のデータ構造であり、サブルーチンの状態情報が格納される。各スタックフレームは完了していないサブルーチン呼び出しに対応する。DrawSquareから呼び出されたDrawLineを現在実行中としたとき、コールスタックのトップ部分は下図のようになる。スタックトップのスタックフレームは現在実行中のルーチンのためのものである。典型的な手法では、スタックフレームには次の情報が格納されている。呼び出し側に戻るためのリターンアドレスそのルーチンに渡された引数フレーム内のメモリ領域はスタックポインタと呼ばれるレジスタを使ってアクセスされることが多い。スタックポインタはスタックのトップを指している。別の方法として、スタックポインタとは別のレジスタ(フレームポインタと呼ばれることが多い)を使うこともある。フレームポインタはフレームの中の決まった場所を指していて、例えばリターンアドレスが格納されている位置を指している。スタックフレームは必ずしも同じサイズではない。サブルーチン毎に引数の個数も違うので、スタックフレームのサイズも異なる。同じサブルーチンを呼び出したときのスタックフレームは一般に同じサイズとなる。同様に局所変数領域もサブルーチンが違うとサイズが変わってくる。実際、言語によってはスタック上に動的にメモリを確保する機能を持っているので、同じサブルーチンを呼び出してもフレームサイズは変わってくるし、そのサイズはコンパイル時にはわからない。そのような場合、スタックポインタではなくフレームポインタでアクセスする必要が生じる。いうのは、スタックポインタからリターンアドレス格納位置までのオフセットがコンパイル時に判明しないからである。多くのシステムでは、スタックフレーム内に前のフレームポインタレジスタの値を格納する場所がある。呼び出し側ルーチンを実行していたときに使っていたフレームポインタの値である。上図のDrawLineのスタックフレーム内にDrawSquareが使っているフレームポインタの値を格納する場所があるということになる。その値はサブルーチン呼び出し時に格納され、復帰時に戻される。そのようなフィールドがスタックフレーム内の所定の位置にあると、コールスタックに積まれているスタックフレーム群を(さかのぼって)辿っていくことが可能となる。場合によっては、スタックフレームはオーバーラップしていると見なすこともできる。オーバーラップしているのは、呼び出し側から呼び出されたルーチンに渡される引数の部分である。環境によっては呼び出し側はスタックに引数をpushして自身のスタックフレームを拡張し、その後に呼び出しを行う。別の環境では、各サブルーチンは自身が呼び出すかもしれない別のサブルーチンへの引数の領域を予めスタックフレーム内に確保していることがある。この手法ではコンパイラが呼び出す可能性のあるサブルーチンのうち最大の引数領域を必要とするものを予め求めて領域サイズを決定する。使用法[編集]呼び出し側処理[編集]通常、サブルーチンを呼び出す側でのコールスタック処理は最小限になっている。呼び出すコードがあちこちに存在することを考慮すれば、こうすることでコードの増大を抑えることができる。実際の引数の値は呼び出し毎に固有なので呼び出し側で評価され、呼出規約に従ってスタックにpushされるかレジスタに置かれる。Link」のような実際の呼び出し命令が制御をターゲットのサブルーチンに転送するために実行される。呼ばれた側の処理[編集]呼ばれたサブルーチンでは、最初にサブルーチンプロローグと呼ばれるコードを実行する。そこで実際のコードを実行する前に行わなければならない細々とした処理を行う。プロローグでは、一般に呼び出し命令が所定のレジスタに置いたリターンアドレスをコールスタックにpushする。同様に現在のスタックポインタかフレームポインタ(あるいは両方)をpushする。命令セットアーキテクチャによってはこれらが呼び出し命令の一部として実行され、そのような環境ではプロローグですべきことは無い。フレームポインタを使っている場合、プロローグではフレームポインタに新たな値をセットする(スタックポインタの値を活用する)。局所変数の領域は必要に応じて徐々にスタックポインタを変化させて確保していく。FORTH言語ではコールスタック(リターンスタック)を明示的にワインドすることができる。wind」という機能があり、スタック上に特殊なフレームをワインドすることができる。復帰処理[編集]サブルーチンから復帰することができる状態になると、プロローグの逆のエピローグ処理が行われる。これは一般的には保存されていたレジスタの値(フレームポインタなど)をスタックフレームからリストアし、スタックポインタの値を変更してスタックフレーム全体をpopし、最後にリターンアドレスに分岐する命令を実行する。多くの呼出規約ではエピローグ処理でpopする範囲に元々の引数も含まれる。その場合、呼び出した側に戻ったときにすべきことは何もない。呼出規約によっては、引数部分のpopを呼び出し側の責任で行うものがある。アンワインド[編集]呼び出された関数から復帰するとスタックのトップにあったフレームがpopされ、戻り値が残される。Pascalなどの言語は関数の入れ子を越えた広域のgoto文をサポートしており、呼び出し側関数に制御を移すことができる。このとき、スタックのアンワインドを行って、goto文の戻り先の関数に対応したスタックフレームまで戻す必要がある。このような制御の転送は一般にエラー処理にのみ使われる。スタックは例外処理の際にもアンワインドされなければならない。例外をサポートするためには、スタックフレームにさらに例外ハンドラを示すエントリが必要となる。例外がスローされると、スタックはその例外を処理できる例外ハンドラが見つかるところまでアンワインドされる。Lispではスタックがアンワインドされたときに起きることを制御するunwind-protectという特殊なマクロがある。継続を適用する場合、スタックは一度アンワインドされ、再度ワインドされて実行を継続する。継続を実装する方法はこれだけではなく、明示的に複数のスタックを用意して継続するアプリケーションが単にそのスタックを起動して渡すべき値をワインドする。コールスタックとソフトウェアテスト[編集]近年(2006年)、コールスタックを使ったこれまでとは全く異なる技法が発表された[1]。大まかに言えば、実行時のコールスタックが同じになるテストケースは等価だとみなしてテスト件数を減らしつつ、テストスイート全体の問題検出能力を維持するという考え方である[2]。性能解析[編集]無作為にコールスタックの標本を採取することで、プログラムの性能最適化に利用することができる。コールスタック上によく現れるサブルーチンは頻繁に呼び出されるか1回の実行に時間がかかっていると想定でき、その呼び出し回数を減らしたり、1回の実行にかかる時間を短縮することで大きな効果が期待できる。詳しくは性能解析を参照。セキュリティ[編集]コード(リターンアドレス)とデータ(引数、戻り値、局所変数)がコールスタックに混在していることはセキュリティ上危険である。詳しくはバッファオーバーランおよびスタックを参照されたい。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。Cookieに関する声明モバイルビュ。