为何为局部变量创建指针需在栈上分配空间？

核心原因：指针的本质是内存地址 #

C语言里&操作符的核心作用是返回变量的内存地址，而CPU的通用寄存器和内存是完全独立的硬件单元：

• 寄存器的访问依赖硬件层面的寄存器编号（比如x86-64的%rax、%rbx），并不属于进程的虚拟内存地址空间，没有可被外部引用的内存地址。
• 指针的语义要求它指向一个可寻址、可读写的内存位置，寄存器根本满足不了这个前提。

强行这么做的后果 #

如果编译器硬给寄存器里的变量生成一个“伪地址”，会引发一系列致命问题：

• 直接触发段错误：这个伪地址不属于进程的合法地址空间，内存管理单元（MMU）无法找到对应的物理内存映射，程序会直接崩溃。
• 数据被意外覆盖：寄存器是整个程序共享复用的资源，比如swap_add函数可能会用同一个寄存器存临时值，直接覆盖原变量内容，彻底打乱程序逻辑。
• 违反指针语义：指针支持解引用、加减偏移（比如ptr+1）等操作，这些操作依赖内存地址的连续空间特性，寄存器没有这类属性，根本无法支持。

x86-64架构的具体规则 #

x86-64遵循的System V AMD64应用二进制接口（ABI）明确规定：当局部变量被取地址时，必须将其分配到栈上（或堆内存，但局部变量默认用栈）。编译器会自动把这类变量从寄存器“溢出”到栈帧中，生成合法的内存地址供&操作符返回。

以你给出的代码为例：

long caller()
{
    long arg1 = 534;
    long arg2 = 1057;
    long sum = swap_add(&arg1, &arg2); // arg1和arg2必须在栈上
    long diff = arg1 - arg2;
    return sum * diff;
}

编译器会在caller的栈帧里为arg1和arg2分配空间，swap_add才能通过指针正常访问和修改它们的值。

其他架构的情况 #

绝大多数通用CPU架构的规则和x86-64一致：

• ARM/RISC-V：通用寄存器同样没有内存地址，被取地址的局部变量必须分配到栈或全局内存中。
• 内存映射寄存器（特殊案例）：部分嵌入式或外设架构里，存在被映射到内存地址空间的寄存器（比如外设控制寄存器），这类寄存器可以被取地址，但它们是硬件设计的特殊情况，并非普通通用寄存器，也不会用来存储普通局部变量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Smith