linux文件的三个时间
静态外部变量和静态局部变量

堆与栈的区别(转)

yichen posted @ 2014年2月20日 15:05 in Essay , 603 阅读

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一、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419290自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量429391的值等。其操作方式类似于数据结构439492中的栈。 

2、堆区(heap) ― 一般由程序员449593分配释放, 若程序员459694不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构469795中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表479896,呵呵。 

3、全局区(静态区)(static)―,全局变量489997静态变量4910098的存储是放在一块的,初始化的全局变量5010199静态变量51102100在一块区域, 未初始化的全局变量52103101和未初始化的静态变量53104102在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放 

4、文字常量54105103区  ―常量55106104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56107105二进制代码57108106。 

全局变量和静态变量若没有被初始化,则编译时会自动被初始化;局部变量若没有被初始化,则系统也不会对它初始化,初始值是不确定的。
另外局部变量的值是在运行时分配内存的。
二、例子程序 

这是一个前辈写的,非常详细 

//main.cpp 

int a = 0; 全局初始化区 

char *p1; 全局未初始化区 

main() 

{ 

int b; 栈 

char s[] = "abc"; 栈 

char *p2; 栈 

char *p3 = "123456"; 123456\0在常量58109107区,p3在栈上。 

static int c =0; 全局(静态)初始化区 

p1 = (char *)malloc59110108(10); 

p2 = (char *)malloc60111109(20); 

分配得来得10和20字节的区域就在堆区。 

strcpy61112110(p1, "123456"); 123456\0放在常量区,编译器62113111可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。 

} 

二、堆和栈的理论知识 

2.1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63114112 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 

heap: 

需要程序员64115113自己申请,并指明大小,在c中malloc函数65116114 

如p1 = (char *)malloc66117115(10); 

在C++中用new运算符67118116 

如p2 = (char *)malloc(10); 

但是注意p1、p2本身是在栈中的。 

2.2 

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68119117。 

堆:首先应该知道操作系统69120118有一个记录空闲内存地址70121119链表71122120,当系统收到程序的申请时, 

会遍历72123121链表73124122,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点74125123,然后将该结点75126124从空闲结点76127125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。另外,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。 

2.3申请大小的限制 

栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构77128126,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78129127的,自然是不连续的,而链表的遍历79130128方向是由低地址向高地址。堆的大小受80131129限于计算机系统81132130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。 

2.4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82133131,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,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间83134132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。 

2.5堆和栈中的存储内容 

栈: 在函数调用84135133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85136134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86137135中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量87138136。注意静态变量是不入栈的。 

当本次函数调用88139137结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针89140138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。 

2.6存取效率的比较 

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的; 

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。 

比如: 

#include 

void main() 

{ 

char a = 1; 

char c[] = "1234567890"; 

char *p ="1234567890"; 

a = c[1]; 

a = p[1]; 

return; 

} 

对应的汇编代码 

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,dword90141139 ptr [ebp-14h] 

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

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

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器91142140cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。 

2.7小结: 

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出: 

使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度92143141小。 

使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度93144142大。

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