StackRahmen

Ein Stackrahmen (auch Aktivierungsdatensatz oder Funktionsrahmen genannt) ist die Datenstruktur, die bei der Ausführung einer Funktion auf dem Stack der Laufzeitumgebung entsteht. Er dient der Organisation des Funktionskontexts und enthält typischerweise die Rücksprungadresse, gespeicherte Register, Parameterwerte und lokale Variablen. Der Stackrahmen ermöglicht es, eine aufgerufene Funktion korrekt zu adressieren und nach Abschluss zum aufrufenden Code zurückzukehren.

Der Aufbau eines Stackrahmens hängt von der verwendeten Aufrufkonvention ab. Beim Funktionsaufruf wird oft ein Prolog ausgeführt, der den vorherigen Rahmen sichert, den Stackpointer verschiebt und Raum für lokale Variablen reserviert. Über den Rahmenzeiger lassen sich lokale Variablen und Parameter adressieren. Am Ende der Funktion erfolgt ein Epilog, der die Reserven freigibt und die Rücksprungadresse aktiviert. In vielen modernen Sprachen und Kompilern kann der Rahmenzeiger durch Optimierungen wie die Frame-Pointer-Vermeidung (Frame Pointer Omission) reduziert oder eliminiert werden.

Der Stackrahmen ist eng mit dem Call Stack verbunden. Er dient der Aufrechterhaltung des Funktionskontexts während der Ausführung und erleichtert Debugging, Stack-Unwinding bei Ausnahmen und Profiling. Er beeinflusst auch Leistung und Sicherheit: zu große Rahmen können zu Stackoverflow führen, und manche Systeme verwenden Schutzmechanismen wie Stack-Canaries oder kontrollierte Unwind-Mechanismen. Tail-Call-Optimierung kann in bestimmten Fällen den Erhalt eines neuen Stackrahmens vermeiden und so die Raum- und Laufzeiteffizienz verbessern.

Architektur- und konventionsabhängig variiert der konkrete Aufbau des Stackrahmens. Beispiele finden sich in x86-, x86-64- und ARM-Umgebungen, wobei jede Architektur eigene Details beim Zugriff auf lokale Variablen, gespeicherte Register und Parameter berücksichtigt.