关于堆栈和静态以及动态内存的理解.doc

关于堆栈和静态以及动态内存的理解预备知识程序的内存分配一个由C+/C+编译的程序占用的内存分为以下几个部分栈区(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。其操作方式类似于数据结构中的栈。堆区(heap) 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。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、未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放文字常量区 常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放程序代码区存放函数体的二进制代码。一个正常的程序在内存中通常分为程序段、数据端、堆栈三部分。程序段里放着程序的机器码、只读数据，这个段通常是只读，对它的写操作是非法的。数据段放的是程序中的静态数据。动态数据则通过堆栈来存放。在内存中，它们的位置如下：+-+ 内存低端| 程序段 |-| 数据段 |-| 堆栈 |+-+ 内存高端堆栈是内存中的一个连续的块。一个叫堆栈指针的寄存器(SP)指向堆栈的栈顶。堆栈的底部是一个固定地址。堆栈有一个特点就是，后进先出。也就是说，后放入的数据第一个取出。它支持两个操作，PUSH和POP。PUSH是将数据放到栈的顶端，POP是将栈顶的数据取出。在高级语言中，程序函数调用、函数中的临时变量都用到堆栈。为什么呢?因为在调用一个函数时，我们需要对当前的操作进行保护，也为了函数执行后，程序可以正确的找到地方继续执行，所以参数的传递和返回值也用到了堆栈。通常对局部变量的引用是通过给出它们对SP的偏移量来实现的。另外还有一个基址指针(FP，在Intel芯片中是BP)，许多编译器实际上是用它来引用本地变量和参数的。通常，参数的相对FP的偏移是正的，局部变量是负的。当程序中发生函数调用时，计算机做如下操作：首先把参数压入堆栈;然后保存指令寄存器(IP)中的内容，做为返回地址(RET);第三个放入堆栈的是基址寄存器(FP);然后把当前的栈指针(SP)拷贝到FP，做为新的基地址;最后为本地变量留出一定空间，把SP减去适当的数值。在函数体中定义的变量通常是在栈上，用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区(静态区)，在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用;在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外，函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。对比：1 性能栈：栈存在于RAM中。栈是动态的，它的存储速度是第二快的。stack堆：堆位于RAM中，是一个通用的内存池。所有的对象都存储在堆中。heap2 申请方式stack【栈】: 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【堆】: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 如p1 = (char *)malloc(10); 在C+中用new运算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意：p1、p2本身是在栈中的。3 申请后系统的响应栈【stack】：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【heap】：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。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。4 申请大小的限制栈【stack】：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【heap】：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。5 申请效率的比较栈【stack】：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。堆【heap】：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，他不是在堆，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。6 堆和栈中的存储内容栈【stack】：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【heap】：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。7 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：#includevoid main()char a = 1;char c = "1234567890"char *p ="1234567890"a = c1;a = p1;return;对应的汇编代码10: a = c1;00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr ebp-0Fh0040106A 88 4D FC mov byte ptr ebp-4,cl11: a = p1;0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr ebp-14h00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr edx+100401073 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cl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。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，而且自由度大。