在排序问题中，我们必不可少的会用到交换操作。针对不同的语言，处理方式有所不同：或者单独写一个swap函数，或者直接在排序函数中实现交换操作。采用swap函数大多数人肯定会遇到不能交换的问题，其中的原理大家也应该都很清楚:swap函数交换的是局部变量，话虽如此，但具体的机制其实远不是如此简单。
要真正理解这个问题，就需要从程序的运行时刻环境来解释。一个程序在运行时内存会被划分成几部分：代码区、数据区、堆区和栈区。
生成的目标代码的大小在编译时刻就已经固定下来了，因此编译器可以将可执行目标代码放在一个静态确定的代码区。这个区通常位于存储的低端。类似地，程序的某些数据对象的大小或者全局变量可以在编译时刻知道，它们可以被放置在另一个称为静态区的区域中，该区域可以被静态确定。放置在这个区域的数据对象进行静态分配，是因为这些对象的地址可以被编译到目标代码中。
为了将运行时刻的空间利用率最大化，另外两个区域-----栈和堆被放在剩余地址空间的相对两端。这些区域是动态的，它们的大小会随着程序运行而改变。这两个区域根据需要向对方增长。栈区用来存放称为活动记录的数据结构，这些活动记录在函数调用过程中生成。有些数据的生命周期要比创造它的某此过程调用更长，这些数据通常被分配在堆区。局部变量在栈区中分配，和活动记录密切相关，所以我们只关注栈区。
当一个方法被调用时，编译器会为其在栈区中分配一块空间，作为该方法的活动记录。活动记录中包括方法的形式参数，局部变量等数据以及方法结束时的返回地址。在该方法的生命周期中，其操作除了涉及全局的访问之外都在该空间中。活动记录的分配是随着程序的运行而逐渐分配和回收的：遇到方法调用即为该方法分配空间创建活动记录，方法结束则回收空间。
下面以用C语言写的冒泡排序为例来分析活动记录的构造。源代码BubbleSort.c为：
#include<stdio.h>
void swap(int*a,int* b)//正确的交换函数
{
int temp=*a;
*a=*b;
*b=temp;
}
void swaps(inta,int b)//错误的交换函数
{
int temp=a;
a=b;
b=temp;
}
voidBubbleSort(int a[],int length)
{
int i,j;
for(i=length-1;i>1;i--)
{
for(j=0;j<i;j++)
{
if(a[j]>a[j+1])swap(&a[j],&a[j+1]);
}
}
}
int main()
{
int a[10];
int i;
for(i=0;i<10;i++)
{
a[i]=rand()%100;
}
printf("---------------------------------------/n");
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",a[i]);
}
printf("/n");
BubbleSort(a,10);
printf("---------------------------------------/n");
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",a[i]);
}
printf("/n");
}
用命令gcc –S BubbleSort.c生成源文件的部分汇编代码为：（注：此为AT&T汇编，源操作数和目的操作数与Intel汇编相反，细节请自行查阅）
.file "BubbleSort.c"
.text
.globl swap
.type swap, @function
swap:
pushl %ebp ;%ebp保存父函数活动记录的基地址
movl %esp, %ebp ; %esp为当前函数活动记录基地址，保存在%ebp中
subl $16, %esp ;为当前函数的活动记录分配空间为16字节
movl 8(%ebp), %eax ;将&a存入eax
movl (%eax), %eax ;将*a存入eax，我们可以看出指针操作就是间接寻址
movl %eax, -4(%ebp) ;将eax的值存入temp（temp=*a）
movl 12(%ebp), %eax ;将&b存入eax
movl (%eax), %edx ;将*b存入edx
movl 8(%ebp), %eax ;将&a存入eax
movl %edx, (%eax) ;将edx存入eax所指内存单元（*a=*b）
movl 12(%ebp), %eax ;将&b存入eax
movl -4(%ebp), %edx ;将temp存入edx
movl %edx, (%eax) ;将edx存入eax所指内存单元（*b=*temp）
leave
ret
.size swap, .-swap
.globl BubbleSort
.type BubbleSort, @function
BubbleSort:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $24, %esp
movl 12(%ebp), %eax ;将length放到eax中
subl $1, %eax ;eax=length-1
movl %eax, -4(%ebp) ;i=length-1
jmp .L6
.L10:
movl $0, -8(%ebp) ;j=0
jmp .L7
.L9:
movl -8(%ebp), %eax ;将j移到eax中
sall $2, %eax ;将j扩大四倍
addl 8(%ebp), %eax ;将数组的指针指向元素a[j]，并将值放入eax
movl (%eax), %edx ;将a[j]放到edx中
movl -8(%ebp), %eax ;将j移到eax中
addl $1, %eax ;j=j+1
sall $2, %eax ;将j扩大四倍
addl 8(%ebp), %eax ;将数组指针指向下一个元素a[j+1]，并将值放入eax
movl (%eax), %eax ;将a[j+1]放到eax中
cmpl %eax, %edx ;比较a[j]和a[j+1]
jle .L8
movl -8(%ebp), %eax
addl $1, %eax
sall $2, %eax
movl %eax, %edx
addl 8(%ebp), %edx
movl -8(%ebp), %eax
sall $2, %eax
addl 8(%ebp), %eax
movl %edx,4(%esp) ;将edx (a[j])存入为swap的形式变量b分配的空间
movl %eax,(%esp) ;将eax(a[j+1])存入为swap的形式变量a分配的空间
call swap
.L8:
addl $1, -8(%ebp)
.L7:
movl -8(%ebp), %eax
cmpl -4(%ebp), %eax
jl .L9
subl $1, -4(%ebp)
.L6:
cmpl $1, -4(%ebp)
jg .L10
leave
ret
下面以swap函数的汇编代码来分析活动记录。在一般的机器中，栈都是由高地址向低地址变化，当执行swap时，由高地址向低地址为其形式参数和局部变量分配空间。首先是形式参数，在执行swap之前，编译器会按照输入参数的反向顺序为形式参数分配空间，我们所说的局部变量其实就是指的这个为形式参数分配的空间。函数执行分配空间，执行完毕释放空间，这就是局部变量的含义。然后再进入swap函数体，进入函数体第一步就是存函数的返回地址，这个过程由编译器隐式完成，在汇编代码中不存在。然后执行一个例程（the procedureprolog）：pushl
%ebp movl %esp, %ebp，这两句的作用是保存调用者的活动记录的初始地址，当函数返回时，可以正确的跳到父函数的活动记录。最后才是为函数swap的局部变量分配空间。该空间的分配应该是采用回填方式分配，并不局限于函数中声明的变量个数，而是函数用到的空间。这些空间构成了swap函数的活动记录。
通过分析汇编代码，我们可以明白为什么基本类型做形参的swap函数不起作用，而指针的swap函数可以实现交换功能。我们在执行swap函数时，编译器会为该方法分配一部分空间，将形式参数放在这个空间中，而这个空间是和方法调用时的实参空间不同的，所以我们所有的修改就不会触及到实参。虽说swap结束后，形参的空间还存在，但是我们在高级语言级无法访问，也就无法获得swap交换之后的值。
基本类型不行，但是为什么指针就可以呢？虽说swap保存的不是实际的值，但是保存了实际变量的指针，这就意味着我们可以通过指针修改实参。象Java这种高级语言没有指针，怎样实现两数交换，一般可以采用的策略是将要交换的数声明为类的实例变量，这样就可以进行交换了。
至此，我们已经对swap函数的原理有了比较深刻的认识。我们不妨再深一步，对C语言的变量布局再通过实例分析一下：
#include<stdio.h>
#define N 10
int a,b[N],*p;//全局变量
int add(inta,int b)
{
return a+b;
}
int main()
{
int a=3;//局部变量
a=add(a,a);
printf("a=%d/n",a);
}
汇编代码为：
.file "test.c"
.comm a,4,4 ;全局变量会单独存放，放在静态区
.comm b,40,32
.comm p,4,4
.text
.globl add
.type add,@function
add:
pushl %ebp
movl %esp,%ebp
movl 12(%ebp),%eax
movl 8(%ebp),%edx
leal (%edx,%eax),%eax ;AT&T汇编，实现相加功能，将返回值放在eax中
popl %ebp
ret
.size add,.-add
.section .rodata
.LC0:
.string "a=%d/n" ;字符串也会特殊处理
.text
.globl main
.type main,@function
main:
pushl %ebp
movl %esp,%ebp
andl $-16,%esp
subl $32,%esp
movl $3,28(%esp) ;局部变量a放在28(%esp)，属于main的活动记录
movl 28(%esp),%eax
movl %eax,4(%esp)
movl 28(%esp),%eax
movl %eax,(%esp)
call add
movl %eax,28(%esp) ;从eax中读取函数的返回值，返回值不单独分配空间
movl $.LC0,%eax
movl 28(%esp),%edx
movl %edx,4(%esp)
movl %eax,(%esp)
call printf
leave
ret
我们由swap函数遇到的问题入手，来分析C语言变量的分配问题，其他高级语言也有类似的特点。希望通过该文章，大家对底层变量的分配和高级语言之间的关系能更加了解。