棧 堆和靜態區 記憶體的講解

2021-09-27 12:11:58 字數 4688 閱讀 6313

對於程式設計師,一般來說,我們可以簡單的理解為記憶體分為三個部分:靜態區,棧,堆。很多書沒有把把堆和棧解釋清楚,導致初學者總是分不清楚。其實堆疊就是棧,而不是

堆。堆的英文是heap;棧的英文是stack,也翻譯為堆疊。堆和棧都有自己的特性,這裡先不做討論。再打個比方:一層教學樓,可能有外語教室,允許外語系學生和老師進入;

還可能有數學教師,允許數學系學生和老師進入;還可能有校長辦公室,允許校長進入。同樣,記憶體也是這樣,記憶體的三個部分,不是所有的東西都能存進去的。

靜態區:儲存自動全域性變數和static變數(包括static全域性和區域性變數)。靜態區的內容在總個程式的生命週期內都存在,由編譯器在編譯的時候分配。

棧:儲存區域性變數。棧上的內容只在函式的範圍內存在,當函式執行結束,這些內容也會自動被銷毀。其特點是效率高,但空間大小有限。

堆:由malloc系列函式或new操作符分配的記憶體。其生命週期由free或delete決定。

在沒有釋放之前一直存在,直到程式結束。其特點是使用靈活,空間比較大,但容易出錯。

實物總體概念        儲存實體概念                            資料結構概念

內 存 資料段+**段+堆疊段 堆+棧+靜態變數區+常量區

記憶體實際上可有以下部分組成:sdram(或者ram/sram/dram)+norflash(或者ram/rom/eprom/eeprom)

sdram一般只用作程式執行的時候用,不做最終儲存用,因為掉電丟失。

norflash實際上和sdram差不多,除了掉電資料不丟失外,但是程式的執行速度相對於sdram較慢一些。

其實所謂的資料區、堆疊、**區都可以儲存在sdram或者norflash任何乙個上,只要分配好各自的區域,他們都可以叫做記憶體。

儲存實體概念的堆疊並非就是資料結構中的堆和棧,資料結構中的堆是作業系統定義的一種操作物件(比如儲存的資料/**)的資料結構(可以參考uc/os作業系統定義的動態記憶體),實體並不存在(只是一種儲存資料的方法),而實體的堆疊段是實實在在從記憶體中劃分出來了的,有專門的彙編指令可以操縱這乙個區域。

儲存實體概念的堆疊等於資料結構中的棧。

下面是講解的比較好的摘抄

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

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。

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。

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、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

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

程式**區—存放函式體的二進位制**。

乙個正常的程式在記憶體中通常分為程式段、資料端、堆疊三部分。程式段裡放著程式的機器碼、唯讀資料,這個段通常是唯讀,對它的寫操作是非法的。資料段放的是程式中的靜態資料。動態資料則通過堆疊來存放。

在記憶體中,它們的位置如下:

堆疊是記憶體中的乙個連續的塊。乙個叫堆疊指標的暫存器(sp)指向堆疊的棧頂。堆疊的底部是乙個固定位址。堆疊有乙個特點就是,後進先出。也就是說,後放入的資料第乙個取出。它支援兩個操作,push和pop。push是將資料放到棧的頂端,pop是將棧頂的資料取出。

在高階語言中,程式函式呼叫、函式中的臨時變數都用到堆疊。為什麼呢?因為在呼叫乙個函式時,我們需要對當前的操作進行保護,也為了函式執行後,程式可以正確的找到地方繼續執行,所以引數的傳遞和返回值也用到了堆疊。通常對區域性變數的引用是通過給出它們對sp的偏移量來實現的。另外還有乙個基址指標(fp,在intel晶元中是bp),許多編譯器實際上是用它來引用本地變數和引數的。通常,引數的相對fp的偏移是正的,區域性變數是負的。

當程式中發生函式呼叫時,計算機做如下操作:首先把引數壓入堆疊;然後儲存指令暫存器(ip)中的內容,做為返回位址(ret);第三個放入堆疊的是基址暫存器(fp);然後把當前的棧指標(sp)拷貝到fp,做為新的基位址;最後為本地變數留出一定空間,把sp減去適當的數值。

在函式體中定義的變數通常是在棧上,用malloc, calloc, realloc等分配記憶體的函式分配得到的就是在堆上。在所有函式體外定義的是全域性量,加了static修飾符後不管在**都存放在全域性區(靜態區),在所有函式體外定義的static變數表示在該檔案中有效,不能extern到別的檔案用;在函式體內定義的static表示只在該函式體內有效。另外,函式中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。

對比:1 效能

棧:棧存在於ram中。棧是動態的,它的儲存速度是第二快的。stack

堆:堆位於ram中,是乙個通用的記憶體池。所有的物件都儲存在堆中。heap

2 申請方式

stack【棧】: 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【堆】: 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。

3 申請後系統的響應

棧【stack】: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【heap】: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。

4 申請大小的限制

棧【stack】: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【heap】: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。

5 申請效率的比較

棧【stack】:由系統自動分配,速度較快。但程式設計師是無法控制的。

堆【heap】: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。

6 堆和棧中的儲存內容

棧【stack】: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【heap】: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。

7 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

8845 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。

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。

C 中的堆記憶體 棧記憶體和靜態記憶體

c 中的空間主要分為三類,堆記憶體 棧記憶體和靜態記憶體,其中靜態記憶體用來儲存全域性物件 定義在任何函式之外的物件 區域性static物件 類static資料成員,棧記憶體用於儲存定義在函式之內的非static物件。靜態記憶體和棧記憶體中的物件,所占用的空間都是由編譯器自動的建立和銷毀的。而除此之...

棧 堆和靜態區

棧 堆和靜態區 對於程式設計師,一般來說,我們可以簡單的理解為記憶體分為三個部分 靜態區,棧,堆。很多書沒有把把堆和棧解釋清楚,導致初學者總是分不清楚。其實堆疊就是棧,而不是堆。堆的英文是heap 棧的英文是stack,也翻譯為堆疊。堆和棧都有自己的特性,這裡先不做 討論。再打個比方 一層教學樓,可...

棧區和堆區記憶體分配

以下是對棧區和堆區記憶體分配的區別進行了詳細的分析介紹,需要的朋友可以過來參考下 一直以來總是對這個問題的認識比較朦朧,我相信很多朋友也是這樣的,總是聽到記憶體一會在棧上分配,一會又在堆上分配,那麼它們之間到底是怎麼的區別呢?為了說明這個問題,我們先來看一下記憶體內部的組織情況 從上圖可知,程式占用...