为何函数返回地址采用栈存储？能否用独立内存区提升安全性？

为什么返回地址要存在栈里？ #

• 硬件设计的历史惯性：早期x86这类主流CPU的指令集，直接把栈作为函数调用的核心载体。call指令执行时自动把下一条指令的地址（也就是返回地址）压入栈，ret指令又自动从栈顶弹出地址跳转回去。这种设计完全由硬件支持，不需要额外的内存管理逻辑，函数调用的开销能压到最低。
• 完美适配嵌套/递归调用：栈是后进先出的结构，刚好对应函数嵌套调用的顺序——你调了A函数，A又调B，B执行完要先回到A，A再回到主函数，栈的结构天然就能按这个顺序管理返回地址。要是换个独立存储区，还得额外维护调用链的顺序，比如搞个链表，这会凭空增加运行时的复杂度和性能开销。
• 上下文管理更高效：栈帧里不光有返回地址，还有局部变量、寄存器备份这些上下文信息。把返回地址和这些存在一块儿，函数调用/返回时的上下文保存、恢复操作能一次性完成，效率比分开存高多了。

能不能用独立内存区存返回地址来提升安全性？ #

其实现在已经有成熟的技术实现类似的隔离效果，只是不是完全和栈割裂：

• 硬件级方案：影子栈：比如Intel的CET技术、ARM的PAC机制，就是专门开一块受硬件保护的内存区域来存返回地址，和普通栈彻底分开。普通栈发生缓冲区溢出时，根本碰不到影子栈里的返回地址，能直接挡住绝大多数控制流劫持攻击。
• 软件级方案：控制流完整性（CFI）：像Clang的CFI、GCC的相关扩展，通过编译时的静态分析标记合法的返回地址，运行时检查跳转的目标是否合法，相当于间接把返回地址的验证逻辑和普通栈操作隔离开，就算栈里的返回地址被篡改，也会被检测到并终止程序。

但如果真要搞一个完全和栈无关联的独立返回地址存储区，会面临几个现实问题：

• 性能损耗：每次函数调用和返回都要在两个内存区域来回操作，还要维护调用链的对应关系，会多出来不少指令开销，对于嵌入式系统、高性能计算这类对延迟敏感的场景，这个代价很难接受。
• 兼容性噩梦：现在几乎所有的程序、编译工具链都是基于“返回地址存栈”的设计来做的，彻底改动的话，现有代码要么全重写，要么工具链全重构，生态兼容成本高到离谱。
• 仍有攻击可能：就算返回地址存在独立区域，攻击者要是能通过其他漏洞（比如权限提升漏洞）篡改这个区域的保护属性，或者绕过验证逻辑，还是能实现攻击，只是门槛更高而已。

总的来说，返回地址存栈是历史硬件设计和性能权衡的结果，而现在的安全技术已经通过影子栈、CFI这类方案，实现了返回地址的安全隔离，既兼顾了兼容性和性能，又有效解决了缓冲区溢出带来的风险。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mach