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堆和棧的區別(轉過無數次的文章)

2019-11-06 08:15:25
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供稿:網友

 一、預備知識—程序的內存分配    一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分    1、棧區(stack)—   由編譯器自動分配釋放   ,存放函數的參數值,局部變量的值等。其    操作方式類似于數據結構中的棧。    2、堆區(heap)   —   一般由程序員分配釋放,   若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回    收   。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似于鏈表,呵呵。    3、全局區(靜態區)(static)—,全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的    全局變量和靜態變量在一塊區域,   未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另    一塊區域。   -   程序結束后由系統釋放。    4、文字常量區   —常量字符串就是放在這里的。   程序結束后由系統釋放    5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。          二、例子程序      這是一個前輩寫的,非常詳細      //main.cpp      int   a   =   0;   全局初始化區      char   *p1;   全局未初始化區      main()      {      int   b;   棧      char   s[]   =   “abc”;   棧      char   *p2;   棧      char   *p3   =   “123456”;   123456/0在常量區,p3在棧上。      static   int   c   =0;   全局(靜態)初始化區      p1   =   (char   *)malloc(10);      p2   =   (char   *)malloc(20);      分配得來得10和20字節的區域就在堆區。      strcpy(p1,   “123456”);   123456/0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的”123456”    優化成一個地方。      }            二、堆和棧的理論知識      2.1申請方式      stack:      由系統自動分配。   例如,聲明在函數中一個局部變量   int   b;   系統自動在棧中為b開辟空    間      heap:      需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數      如p1   =   (char   *)malloc(10);      在C++中用new運算符      如p2   =   new   char[10];      但是注意p1、p2本身是在棧中的。            2.2      申請后系統的響應      棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢    出。      堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,    會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點,然后將該結點從空閑結點鏈表    中刪除,并將該結點的空間分配給程序,另外,對于大多數系統,會在這塊內存空間中的    首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。    另外,由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小,系統會自動的將多余的那部    分重新放入空閑鏈表中。         2.3申請大小的限制      棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。這句話的意    思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在WINDOWS下,棧的大小是2M(也有    的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將    提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。      堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由于系統是用鏈表來存儲    的空閑內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小    受限于計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。               2.4申請效率的比較:      棧由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。      堆是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.      另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧是    直接在進程的地址空間中保留一塊內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。            2.5堆和棧中的存儲內容      棧:   在函數調用時,第一個進棧的是主函數中后的下一條指令(函數調用語句的下一條可    執行語句)的地址,然后是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧    的,然后是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。      當本次函數調用結束后,局部變量先出棧,然后是參數,最后棧頂指針指向最開始存的地    址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。      堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。         2.6存取效率的比較         char   s1[]   =   “aaaaaaaaaaaaaaa”;      char   *s2   =   “bbbbbbbbbbbbbbbbb”;      aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;      而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;      但是,在以后的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(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;      }      對應的匯編代碼      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,再根據edx讀取字符,顯然慢了。            2.7小結:      堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:      使用棧就象我們去飯館里吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就    走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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。   (經典!)  


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