C言語のスタックフレームとは？関数呼び出し時のメモリ構造を図でわかりやすく解説

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メモリ領域解説シリーズ

本記事は「メモリ領域解説」シリーズの1つです。

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関数を呼び出すと、スタック領域にはどのようなデータが積まれるのでしょうか。

C言語では関数呼び出しのたびに、スタック上に**スタックフレーム（Stack Frame）**と呼ばれる領域が作られます。

このスタックフレームには次のような情報が保存されます。

• 関数の引数
• ローカル変数
• 戻りアドレス
• 退避されたレジスタ

これを理解すると、

• なぜ再帰が動くのか
• なぜローカル変数は関数終了で消えるのか
• スタックオーバーフローはなぜ起きるのか

といった仕組みが見えてきます。

今回は、C言語の関数呼び出しとスタックフレームの関係を図を使って整理します。

スタック領域の基本はこちらの記事で解説しています。

初心者さん

先輩、スタック領域の記事で“関数呼び出しごとにデータが積まれる”ってありましたよね。
あれって具体的に何が積まれてるんですか？

エンジニアくん

いい質問だね。それがスタックフレームなんだ。

初心者さん

フレーム？

エンジニアくん

関数1回分の作業スペースみたいなもの。
関数が呼ばれると、その関数専用のメモリ領域がスタックに作られるんだ。

スタックフレームとは

スタックフレームとは、関数呼び出し1回分のデータを保存する領域です。

関数が呼び出されると、スタックに新しいフレームが作られます。

main()
 └ funcA()
     └ funcB()

このように関数が呼ばれると、スタックは次のようになります。

+----------------+
| funcB frame    |
+----------------+
| funcA frame    |
+----------------+
| main frame     |
+----------------+

最後に呼ばれた関数のフレームが、スタックの一番上に積まれます。

スタックフレームに入るもの

スタックフレームには主に次の情報が入ります。

1. 戻りアドレス

関数が終了した後、どこに戻るかを示すアドレスです。

main → funcA

funcAが終わったら、mainの続きに戻ります。
そのため、戻り先を保存しておく必要があります。

2. 関数の引数

関数に渡された引数もスタックに保存されます。

void func(int a, int b)

この a と b がスタックフレームに配置されます。

3. ローカル変数

関数内で宣言した変数です。

void func() {
    int x = 10;
}

この x はスタックフレーム内に保存されます。

関数が終了すると、フレームが破棄されるため
ローカル変数も消えます。

図：スタックフレームのイメージ

+----------------------+
| ローカル変数        |
+----------------------+
| 保存されたレジスタ  |
+----------------------+
| 戻りアドレス        |
+----------------------+
| 関数の引数          |
+----------------------+

このまとまりが1つのスタックフレームです。

再帰が動く理由

スタックフレームがあるおかげで、同じ関数でも複数回呼び出せます。

例：

factorial(3)

呼び出しのイメージ

factorial(3)
factorial(2)
factorial(1)

スタックは次のようになります。

+--------------+
| factorial(1) |
+--------------+
| factorial(2) |
+--------------+
| factorial(3) |
+--------------+

それぞれの呼び出しが別のスタックフレームを持つため、
計算が独立して実行できます。

スタックオーバーフローとの関係

スタックフレームは関数呼び出しごとに増えます。

そのため、

• 無限再帰
• 深すぎる再帰

が起きると、スタックがあふれてしまいます。

これが **スタックオーバーフロー（Stack Overflow）**です。

まとめ

スタックフレームとは、関数呼び出し1回分のデータを保存する領域です。

スタックフレームには次の情報が含まれます。

• 戻りアドレス
• 引数
• ローカル変数
• 保存されたレジスタ

関数呼び出しのたびにスタックに積まれ、
関数終了時に破棄されます。

この仕組みを理解すると、C言語の関数呼び出しや
スタックの動作がより明確になります。

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メモリ領域については他の記事でも解説しています。

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スタック領域の基本はこちらの記事で解説しています。

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