堆和棧【翻譯】
看到一篇比較有意思的文章,在這里就翻譯一下,當(dāng)今天發(fā)表的內(nèi)容了。
from http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/79-the-stack-and-the-heap/
一個程序?qū)τ趦?nèi)存的使用,一般可以分為四類:
1. 代碼區(qū)域,通過的編譯的程序在代碼中存儲的位置
2. 全局變量區(qū)域,全局變量存儲的位置
3. 堆,動態(tài)內(nèi)存分配的變量存儲的位置
4. 棧,函數(shù)參數(shù)和局部變量存儲的位置
下面將主要針對3,4兩個方面進(jìn)行論述。
堆
堆是一個用于動態(tài)分配的很大的內(nèi)存池。在C++中,當(dāng)你使用new操作符分配內(nèi)存時,這個內(nèi)存是從堆中取得的。
1: int *pValue = new int; // pValue is assigned 4 bytes from the heap
2: int *pArray = new int[10]; // pArray is assigned 40 bytes from the heap
因為,要分配的內(nèi)存的準(zhǔn)確位置事先是不知道的,所以分配的內(nèi)存是間接獲取的,也就說明了為什么new操作符返回的是指針。這里你并不需要擔(dān)心背后內(nèi)存具體如何分配的機(jī)制。但是,有一點(diǎn)值得明了,連續(xù)的內(nèi)存請求所指向的很可能不是連續(xù)的地址的內(nèi)存片段。如:
1: int *pValue1 = new int;
2: int *pValue2 = new int;
3: // pValue1 and pValue2 may not have sequential addresses
上例中,兩個new是連續(xù)的,但是分配得到的pValue1和pValue2的地址是不連續(xù)的。當(dāng)動態(tài)分配的變量被刪除后,內(nèi)存有被返回到堆中以備后續(xù)中再次被動態(tài)分配。
堆有如下優(yōu)缺點(diǎn):
1. 分配的內(nèi)存一直處于被分配的狀態(tài),知道去分配操作出現(xiàn),才回到初始狀態(tài)(沒有及時去分配,如new后沒有用delete,會導(dǎo)致內(nèi)存的泄漏)。
2. 動態(tài)分配的內(nèi)存必須通過指針聯(lián)系
3. 由于堆是一個很大的內(nèi)存池,大的數(shù)組,結(jié)構(gòu),類都應(yīng)該在這里分配得到內(nèi)存
棧
棧調(diào)用扮演了一個很有趣的角色。在我們討論棧調(diào)用之前,讓我們討論一下什么叫做棧。
想象一下自助餐廳中的一堆疊起來的盤子。因為每個盤子都比較重,它們被疊起來的,你只能做以下三件事情。
1)看向最上面的盤子
2)將最上面的盤子拿掉
3)在上面放一個新的盤子
在計算機(jī)編程中,棧是一個存儲其他變量的容器(很像一個數(shù)組)。但是,一個數(shù)組能夠以你想要的方式任意更改獲取其中的元素,棧則有更多的限制,棧中能夠進(jìn)行的操作如下:
1)查看棧頂?shù)捻?/p>
2)將棧頂?shù)捻棌捻敳恳瞥?/p>
3)將一個新的項放置頂部
棧是后進(jìn)先出(LIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
(略掉一些內(nèi)容······)
我們主要來看當(dāng)調(diào)用函數(shù)是棧發(fā)生了一些什么行為。
1)發(fā)生函數(shù)調(diào)用處的相關(guān)指令的地址被push進(jìn)棧中
2)函數(shù)返回類型置于棧中,設(shè)置一個占位符
3)CPU跳至函數(shù)的代碼中
4)現(xiàn)在棧頂?shù)膬?nèi)容是一個特殊指針,棧幀。隨后所有的加入到棧中的內(nèi)容都是該函數(shù)的局部信息。
5)所有的函數(shù)參數(shù)都被放入棧中
6)函數(shù)中的指令得到執(zhí)行
7)函數(shù)中的局部變量push棧中
當(dāng)函數(shù)結(jié)束的時候,發(fā)生如下事件:
1)函數(shù)的返回值拷貝進(jìn)入一個占位符中,
2)在棧幀之后的所有內(nèi)容都被pop off,所有的局部變量都被銷毀
3)返回值被pop off并賦值給函數(shù)中的變量,如果調(diào)用函數(shù)的返回值沒有賦值給任何東西,該值就會丟失
4)下一個語句的地址從棧中pop off,CPU繼續(xù)執(zhí)行
棧溢出
棧的大小是有限的,只能有序的容納一定量的信息。如果程序試圖向棧中放入過多的信息,棧將會溢出。棧溢出發(fā)生在棧的內(nèi)存都被分配完了,那種情況下,更多的分配,將會發(fā)生在內(nèi)存的其它片段中。
棧溢出通常發(fā)生在分配了太多的變量到棧上,或太多的嵌套函數(shù)調(diào)用,導(dǎo)致結(jié)果就是程序的奔潰。
如:
1: int main()
2: {
3: int nStack[100000000];
4: return 0;
5: }
棧的優(yōu)缺點(diǎn):
* 棧中的內(nèi)容可以一直保留到pop off發(fā)生
* 編譯時,棧中分配的內(nèi)存是已知的,因此,可以直接通過變量訪問內(nèi)存。
* 因為棧相對而言是比較小的,所以小心會吃掉很多棧空間的事情。包括大型數(shù)組,結(jié)構(gòu)體,類過多的內(nèi)嵌,過多的遞歸等。