c 堆疊詳解

2021-06-06 07:45:46 字數 2806 閱讀 6756

一、預備知識—程式的記憶體分配 

乙個由c/c++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分 

1、棧區(stack)— 由編譯器自動分配釋放 ,存放函式的引數值,區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。 

2、堆區(heap) — 一般由程式設計師分配釋放, 若程式設計師不釋放,程式結束時可能由os** 。注意它與資料結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鍊錶,呵呵。 

3、全域性區(靜態區)(static)—,全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的,初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域, 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後有系統釋放 

4、文字常量區 —常量字串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放 

5、程式**區—存放函式體的二進位制**。 

二、例子程式 

這是乙個前輩寫的,非常詳細 

int a = 0; 全域性初始化區 

char *p1; 全域性未初始化區 

main() 

二、堆和棧的理論知識 

2.1申請方式 

stack: 

由系統自動分配。 例如,宣告在函式中乙個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間 

heap: 

需要程式設計師自己申請,並指明大小,在c中malloc函式 

如p1 = (char *)malloc(10); 

在c++中用new運算子 

如p2 = (char *)malloc(10); 

但是注意p1、p2本身是在棧中的。 

2.2 

申請後系統的響應 

棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則將報異常提示棧溢位。 

堆:首先應該知道作業系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶,當系統收到程式的申請時, 

會遍歷該鍊錶,尋找第乙個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鍊錶中刪除,並將該結點的空間分配給程式,另外,對於大多數系統,會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次分配的大小,這樣,**中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鍊錶中。 

2.3申請大小的限制 

棧:在windows下,棧是向低位址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在 windows下,棧的大小是2m(也有的說是1m,總之是乙個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。 

堆:堆是向高位址擴充套件的資料結構,是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用鍊錶來儲存的空閒記憶體位址的,自然是不連續的,而鍊錶的遍歷方向是由低位址向高位址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。 

2.4申請效率的比較: 

棧由系統自動分配,速度較快。但程式設計師是無法控制的。 

堆是由new分配的記憶體,一般速度比較慢,而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便. 

另外,在windows下,最好的方式是用virtualalloc分配記憶體,他不是在堆,也不是在棧是直接在程序的位址空間中保留一快記憶體,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活 

2.5堆和棧中的儲存內容 

棧: 在函式呼叫時,第乙個進棧的是主函式中後的下一條指令(函式呼叫語句的下一條可執行語句)的位址,然後是函式的各個引數,在大多數的c編譯器中,引數是由右往左入棧的,然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。 

當本次函式呼叫結束後,區域性變數先出棧,然後是引數,最後棧頂指標指向最開始存的位址,也就是主函式中的下一條指令,程式由該點繼續執行。 

堆:一般是在堆的頭部用乙個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。 

2.6訪問效率的比較 

char s1 = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的; 

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的; 

但是,在以後的訪問中,在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。 

比如: 

#include

void main() 

對應的彙編** 

10: a = c[1]; 

00401067 8a 4d f1 mov cl,byte ptr [ebp-0fh] 

0040106a 88 4d fc mov byte ptr [ebp-4],cl 

11: a = p[1]; 

0040106d 8b 55 ec mov edx,dword ptr [ebp-14h] 

00401070 8a 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 

00401073 88 45 fc mov byte ptr [ebp-4],al 

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中,而第二種則要先把指標值讀到edx中,在根據edx讀取字元,顯然慢了。 

? 2.7小結: 

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出: 

使用棧就象我們去飯館裡吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。 

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。 

堆和棧的區別主要分: 

作業系統方面的堆和棧,如上面說的那些,不多說了。 

還有就是資料結構方面的堆和棧,這些都是不同的概念。這裡的堆實際上指的就是(滿足堆性質的)優先佇列的一種資料結構,第1個元素有最高的優先權;棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或資料結構。 

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