関数呼び出しのスタックの使われ方
前回の記事の終わりにスタックという言葉が出てきましたが、スタックとはプロセス（正確にはスレッド）毎に用意されているメモリエリアで、関数呼び出しやローカル変数の保持に使われます。
以下のC言語での関数呼び出し時のスタックの使われ方の例を図1に示します。
func( arg1, arg2, arg3); /* ------- ※1 */
図1
スタックは伝統的にアドレスの上位（数字が大きい）から下位に向かって領域が確保されます。
※1の関数が呼び出されるとき、先ず引数がスタックに積まれ、次いでリターンアドレス、そしてローカル変数の領域が確保されます。関数というのはどこから呼び出されても元の場所に戻ることが出来ますが、それが実現できるのは、呼び出し後に実行すべき命令のアドレス（リターンアドレス）をスタックに保持しているからです。
また、同時にどこから呼び出されてもローカル変数が『関数内で一時的に有効な変数』として機能できるのもスタックに変数のエリアを確保しているからになります。
ちなみに、数年前に流行したセキュリティリスクでバッファオーバーランというものがありますが、これはローカル変数の領域を溢れさせアドレスの上位にある戻りアドレスを書き換えてウイルスのプログラムを実行しようというC言語の関数呼び出しの仕組みを悪用したものになります。現在ではCPUレベルでの対策（NXビットとかXDビットとか呼ばれものでデータ領域の実行の禁止）が行われ、バッファオーバーランの脆弱性が起こりにくくなっています。
スタックには引数が積まれていますが、引数が積まれる順番には2通りのやり方があります。図１ではリターンアドレスに次いで arg1,arg2,arg3 と積まれていますが、反対に arg3,arg2,arg1 というやり方もあります。arg3,arg2,arg1の順番ですが、一見すると反対に見えますが、スタックに積む順番はarg1,arg2,arg3となります。ややこしいですが、※1の擬似アセンブラコードを示すと意味が良く分かるかと思います。
※2 ※1の擬似アセンブラコード（cdecl呼び出し） PUSH arg3 PUSH arg2 PUSH arg1 CALL func
PUSH命令の発行順とスタック上のリターンアドレスから見た順番が反対になります。
関数の呼び出し方法（つまりどのように機械語に翻訳するか）を呼び出し規約（主にx86のCPUで用いられている表現）といい、※2のような呼び出し方法をcdeclと呼びます。呼び出し規約はその他にPASCAL（文字通りPASCALで採用されている）とかstdcall（Windows-APIで採用）とかthiscall（C++のメンバ関数呼び出し）等があります。
メンバ関数の呼び出しでのスタックの使われ方
続いて、C++のメンバ関数呼び出しでのスタックの使われ方について説明します。
以下のC++でのメンバ関数の呼び出し時のスタックの使われ方の例を図2に示します。
object.method( arg1, arg2, arg3); // ------- ※3
図2
※3の擬似アセンブラコードを以下に示します。
※4 ※3の擬似アセンブラコード（thiscall呼び出し） PUSH arg3 PUSH arg2 PUSH arg1 PUSH object CALL method
違いは、object（正確にはobjectのアドレス）がthisポインタとして引数の一つとしてスタックに積まれていることです。その他の違いはありません。こうしてみるとオブジェクト指向というのは単純に
method( &object, arg1, arg2, arg3)
というコードを、
object.method( arg1, arg2, arg3)
という風に記述できる構文上の違いであるに過ぎないということに気づくかと思います。
ADPでは、この考え方を推し進めて、メソッド形式（メンバ関数呼び出しとほぼ同じ意味）として通常の述語形式での呼び出しとメソッドの呼び出しを混ぜて使うことができるようにしています。
ちなみに、私も含めて、多くのC言語の上級エンジニアがこのような見方をしてC言語からC++（オブジェクト指向）に移行していたかと思います。
もっとも、この話は、『仮想関数はどのように機械語に翻訳されるのか？』の話をしなければ終わりになりません。
次いで、仮想関数の呼び出しの話をします。
仮想関数の呼び出しでのスタックの使われ方
前節で説明したメンバ関数の呼び出しは従来の関数呼び出しの延長線上のものですが、ここでは、仮想関数と呼ばれるオブジェクト指向独特の呼び出し方法について説明します。以下の仮想関数の呼び出しについて考えます。ちなみにスタックの構成は図2で仮想関数・通常のメンバ関数（非仮想関数）での違いはありません。
object.virtual_method( arg1, arg2, arg3); // ------- ※5※5の擬似C++コードを以下に示します。
※6 ※5の擬似アセンブラコード（thiscall呼び出し） PUSH arg3 PUSH arg2 PUSH arg1 PUSH object MOV EAX, [object + vptr] ; ------------------- A MOV EDX, [EAX + virtual_method_offset] ; ----- B CALL EDX ; ------------------------------------ C
object + vptrなどや、EAX + virtual_method_number の部分がかなり曖昧ですが、エッセンスとして読んでいただければと思います。
※6のアセンブラコードではよく分からないかと思いますので、まずはオブジェクトのメモリレイアウトを図3に示します。
図3
vtableと呼ばれるテーブルに呼び出すべき仮想関数の場所（アドレス）が格納されています。
また各objectはvtableの場所（アドレス）を保持する変数（ポインタ）を持っています。
さらに、機械語の特徴のとして関数呼び出し（CALL命令）は、常に同じ場所（アドレス）の関数を呼び出すだけでなく、変数（レジスタ）を通して間接的に呼び出すこともできるようになっています。
以上を踏まえて再度、擬似アセンブラコードを説明しますと、
Aでは、vtableを参照しています。EAXとはレジスタというCPUが持っている変数になりますがそこへvtableのアドレス（vptr）を代入しています。[] というのはアセンブラでのポインタ参照（間接演算子 *）になります。
Bでは、virtual_methodの呼び出すべきアドレスを、EDXに代入します。このvirtual_method_offsetですが配列のインデックスのようなもので、図3では0ということになります。
最後のCのCALL命令が、A,Bを通して取得した呼び出すべき仮想関数の呼び出しを行っていることになります。
このように擬似アセンブラコードを通してみますと、説明は難しいですが、たったの2命令の追加で仮想関数呼び出しを実現しており、C++での仮想関数呼び出しというのはかなり効率的であることが分かります。
もともと、私はアセンブラが大好き（ハードウェアを直接制御できるので）だったのですが、時代に押されてC言語を使うようになりましたが、その理由の一つとしてC言語が高級アセンブラとして設計された（つまりこのように簡単にアセンブラに置き換えられる）から動作がよく理解しやすい面があったからで、その設計思想はC++にも引き継がれていることが分かります。
続いては、公開1周年記念特集記事として『プログラミング言語の制御構造のいろいろ（３）』を書いてみます。