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  • 堆与栈

    堆是堆栈归栈

    在阅读以下内容之前,请了解一下几点:

    第一:坚决澄清:堆是堆,栈归栈。

    第二:曾经的“堆栈”再不允许重谈,简直就是扯淡!

    第三:下面内容均属于从内存分配角度的阐述,不要与数据结构混淆。

    【1】程序的内存分配

    (1)内存分配详解

    一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分

    <1>栈区(stack)— 由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。

    <2>堆区(heap) — 一般由程序员设计分配及释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。可能涉及的操作符如下:new、malloc、delete、free等等。

    <3>全局区(静态区)(static)—全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 程序结束后由系统释放

    <4>文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放

    <5>程序代码区—存放函数体的二进制代码。

    (2)例子程序

    坊间流传,此例乃前辈所为,如今拾得,相见恨晚。遂记。

     1 int   a = 0; //全局初始化区
     2 char  *p1;   //全局未初始化区
     3 void main( )
     4 {
     5     int b; //
     6     char s[] = "abc"; //
     7     char *p2; //
     8     char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区;而p3在栈上。
     9     static int c =0//全局(静态)初始化区
    10     char *p1 = (char *)malloc(10);
    11     char *p2 = (char *)malloc(20);
    12     //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
    13     strcpy(p1,"123456"); //123456\0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
    14 }

    【2】堆与栈的理论知识

    (1)堆与栈的相同点

    堆(heap)与栈(stack)都是为了临时储存某些信息而在内存中开辟的一段连续内存块。

    (2)堆与栈的不同点

    <1>申请方式

    stack:

    由系统自动分配。 例如:声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间。

    heap:

    需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数

    如char *p1 = (char *)malloc(10);

    在C++中用new运算符

    如char *p2 = new char[10];

    但是,注意p1、p2本身却是在栈中的存储。

    <2>申请后系统的响应

    栈:

    只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

    堆:

    首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,

    然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。

    另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。

    还有,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

    <3>申请大小的限制

    栈:

    在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。

    这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),

    如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

    堆:

    堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,

    而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。

    由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

    <4>申请效率的比较

    栈:

    由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

    堆:

    是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。

    另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,它不是在堆,也不是在栈,

    是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活

    <5>堆和栈中的存储内容

    栈:

    在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,

    然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

    当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。

    堆:

    一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

    <6>存取效率的比较

    1 char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
    2 char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
    3 //aaaaaaaaaaa    是在运行时刻赋值的;
    4 //而bbbbbbbbbbb  是在编译时就确定的;

    但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。

    作者:kaizen
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