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            內(nèi)存劃分,堆棧區(qū)分[轉(zhuǎn)]

            一、一個(gè)經(jīng)過編譯的C/C++的程序占用的內(nèi)存分成以下幾個(gè)部分:
            1、棧區(qū)(stack):由編譯器自動(dòng)分配和釋放 ,存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等,甚至函數(shù)的調(diào)用過程都是用棧來完成。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
            2、堆區(qū)(heap) :一般由程序員手動(dòng)申請以及釋放, 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,分配方式類似于鏈表。
            3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static):全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,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)束后由系統(tǒng)釋放空間。 
            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)釋放空間。
            5、程序代碼區(qū):存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

            下面的例子可以完全展示不同的變量所占的內(nèi)存區(qū)域:

            //main.cpp
            int a = 0; 全局初始化區(qū)
            char *p1; 全局未初始化區(qū)
            main()
            {
              
            int b;                      //棧中
             
            char s[] = "abc";       //棧中
             
            char *p2;                //棧中
             
            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)
             
            //以下分配得到的10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)
             
            p1 = (char *)malloc(10);
              
            p2 = (char *)malloc(20);
             
            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、棧(stack)和堆(heap)具體的區(qū)別。
            1、在申請方式上
            棧(stack): 現(xiàn)在很多人都稱之為堆棧,這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H上還是指的棧。它由編譯器自動(dòng)管理,無需我們手工控制。 例如,聲明函數(shù)中的一個(gè)局部變量 int b 系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開辟空間;在調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)的給函數(shù)的形參變量在棧中開辟空間。
            堆(heap): 申請和釋放由程序員控制,并指明大小。容易產(chǎn)生memory leak。
            在C中使用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本身在全局區(qū),而p2本身是在棧中的,只是它們指向的空間是在堆中。

            2、申請后系統(tǒng)的響應(yīng)上
            棧(stack):只要棧的剩余空間大于所申請空間,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(heap): 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)收到程序的申請時(shí), 會(huì)遍歷該鏈表,尋找第一個(gè)空間大于所申請空間的堆結(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或free語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。

            3、申請大小的限制
            棧(stack):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)存的區(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(也有的說是1M,總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù)),如果申請的空間超過棧的剩余空間時(shí),將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。 例如,在VC6下面,默認(rèn)的棧空間大小是1M(好像是,記不清楚了)。當(dāng)然,我們可以修改:打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。
            注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面,它設(shè)置的較大會(huì)使棧開辟較大的值,可能增加內(nèi)存的開銷和啟動(dòng)時(shí)間。

            堆(heap): 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(空閑部分用鏈表串聯(lián)起來)。正是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲空閑內(nèi)存,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。一般來講在32位系統(tǒng)下,堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間,從這個(gè)角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。

            4、分配空間的效率上
            棧(stack):棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)會(huì)在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行,這就決定了棧的效率比較高。但程序員無法對其進(jìn)行控制。
            堆(heap):是C/C++函數(shù)庫提供的,由new或malloc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。它的機(jī)制是很復(fù)雜的,例如為了分配一塊內(nèi)存,庫函數(shù)會(huì)按照一定的算法(具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng))在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內(nèi)存碎片太多),就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間,這樣就有機(jī)會(huì)分到足夠大小的內(nèi)存,然后進(jìn)行返回。這樣可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換,內(nèi)存的申請,代價(jià)變得更加昂貴。顯然,堆的效率比棧要低得多。

            5、堆和棧中的存儲內(nèi)容
            棧(stack):在函數(shù)調(diào)用時(shí),第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用后的下一條指令(子函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址,然后是子函數(shù)的各個(gè)形參。在大多數(shù)的C編譯器中,參數(shù)是由右往左入棧的,然后是子函數(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始存的地址,也就是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用完成的下一條指令,程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。
            堆(heap):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。

            6、存取效率的比較
            這個(gè)應(yīng)該是顯而易見的。拿棧上的數(shù)組和堆上的數(shù)組來說:

            void main()
            {
                
            int arr[5]={1,2,3,4,5};
                
            int *arr1;
                
            arr1=new int[5];
                
            for (int j=0;j<=4;j++)
                
            {
                    
            arr1[j]=j+6;
                
            }
                
            int a=arr[1];
                
            int b=arr1[1];
            }

            上面代碼中,arr1(局部變量)是在棧中,但是指向的空間確在堆上,兩者的存取效率,當(dāng)然是arr高。因?yàn)閍rr[1]可以直接訪問,但是訪問arr1[1],首先要訪問數(shù)組的起始地址arr1,然后才能訪問到arr1[1]。

            總而言之,言而總之:
            堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出:
            使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點(diǎn)菜(聲明變量)、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。

            posted on 2008-11-02 19:47 isabc 閱讀(306) 評論(0)  編輯 收藏 引用


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