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一、預(yù)備知識(shí)—程序的內(nèi)存分配
由C/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分
1、棧區(qū)(stack)： 由編譯器自動(dòng)分配釋放 ，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
2、堆區(qū)(heap)： 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。
3、全局區(qū)(static)： 全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域，程序結(jié)束后有系統(tǒng)釋放 。
4、文字常量區(qū)： 常量字符串就是放在這里的， 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。
5、程序代碼區(qū)： 存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。
Example:
int a = 0; // 全局初始化區(qū)
char *p1; // 全局未初始化區(qū)
main()
{
int b; // 棧
char s[] = "abc"; // 棧
char *p2; // 棧
char *p3 = "123456"; // 123456\0在常量區(qū)，p3在棧上。
static int c =0； // 全局(靜態(tài))初始化區(qū)
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); // 分配得來(lái)得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。
strcpy(p1, "123456"); // 123456\0放在常量區(qū)，編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。
}
二、堆和棧的理論知識(shí)
2.1 申請(qǐng)方式
棧: 由系統(tǒng)自動(dòng)分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個(gè)局部變量 int b; 系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開(kāi)辟空間
堆: 需要程序員自己申請(qǐng)，并指明大小，在c中malloc函數(shù)：如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運(yùn)算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在棧中的。
2.2 申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)
棧：只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。
堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)， 會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序，另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。
2.3 申請(qǐng)大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M(也有的說(shuō)是1M，總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù))，如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。
堆：堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見(jiàn)，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。
2.4 申請(qǐng)效率的比較：
棧：由系統(tǒng)自動(dòng)分配，速度較快。但程序員是無(wú)法控制的。
堆：是由new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過(guò)用起來(lái)最方便。
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進(jìn)程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來(lái)最不方便。但是速度快，也最靈活。
2.5 堆和棧中的存儲(chǔ)內(nèi)容
棧： 在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令(函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句)的地址，然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。
堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。
2.6 存取效率的比較
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運(yùn)行時(shí)刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時(shí)就確定的；
但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?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;
}
對(duì)應(yīng)的匯編代碼
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(shí)直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。
2.7 小結(jié)：
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來(lái)看出： 使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點(diǎn)菜(發(fā)出申請(qǐng))、付錢、和吃(使用)，吃飽了就走，不必理會(huì)切菜、洗菜等準(zhǔn)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(dòng)手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。
還有就是函數(shù)調(diào)用時(shí)會(huì)在棧上有一系列的保留現(xiàn)場(chǎng)及傳遞參數(shù)的操作。棧的空間大小有限定，VC的缺省是2M。棧不夠用的情況一般是程序中分配了大量數(shù)組和遞歸函數(shù)層次太深。有一點(diǎn)必須知道，當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用完返回后它會(huì)釋放該函數(shù)中所有的�？臻g。棧是由編譯器自動(dòng)管理的，不用你操心。堆是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，并且你可以分配使用很大的內(nèi)存。但是用不好會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。并且頻繁地malloc和free會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片(有點(diǎn)類似磁盤碎片)，因?yàn)镃分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存時(shí)是尋找匹配的內(nèi)存的。而用棧則不會(huì)產(chǎn)生碎片。在棧上存取數(shù)據(jù)比通過(guò)指針在堆上存取數(shù)據(jù)快些。一般大家說(shuō)的堆棧和棧是一樣的，就是棧(stack)，而說(shuō)堆時(shí)才是堆heap。棧是先入后出的，一般是由高地址向低地址生長(zhǎng)。 |
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發(fā)表于 2009-06-23 12:58
發(fā)表于 2009-06-23 13:53
好啊，不錯(cuò)，不錯(cuò)。是該補(bǔ)充理論知識(shí)了。
