码迷,mamicode.com
首页 > 其他好文 > 详细

堆内存和栈内存(待整理……)

时间:2014-10-04 21:40:57      阅读:264      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:style   blog   http   color   io   os   使用   ar   strong   

参考:http://blog.csdn.net/abcjennifer/article/details/39780819

未完待续……

堆:顺序随意 
栈:先进后出 


堆和栈的区别 

一、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 
1、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 
2、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
3、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和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 
4、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  

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。 



二、例子程序 
这是一个前辈写的,非常详细 
//main.cpp  
int a = 0; 全局初始化区 
char *p1; 全局未初始化区 
main() 
{     
     int b; 栈 
     char s[] = "abc"; 栈  
     char *p2; 栈  
     char *p3 = "123456"; 123456\0在常量区,p3在栈上。  
     static int c =0; 全局(静态)初始化区  
     p1 = (char *)malloc(10);  
     p2 = (char *)malloc(20);  
     分配得来得10和20字节的区域就在堆区。  
     strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。  

}  



二、堆和栈的理论知识 
2.1申请方式 
stack: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: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 
2.2申请后系统的响应 

栈: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: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。  

注意这里,malloc分配失败会返回空指针,但new分配失败只会抛出异常,需要

catch ( const bad_alloc& e ) {

            return -1;

}


2.3申请大小的限制 
栈: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,由编译器决定栈的大小(一般1M/2M),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: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。  


2.4申请效率的比较: 

栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。 

堆是由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  


2.5堆和栈中的存储内容 
栈: 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: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。  


2.6存取效率的比较  
  1. char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";  // in stack  
  2. char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";  // in heap  

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: 
  1. #include   
  2. void main()   
  3. {       
  4.      char a = 1;        
  5.      char c[] = "1234567890";        
  6.      char *p ="1234567890";       
  7.      a = c[1];        
  8.      a = p[1];        
  9.      return;        
  10. }    


对应的汇编代码  
  1. 10: a = c[1];    
  2. 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]   
  3. 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl    
  4. 11: a = p[1];    
  5. 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]    
  6. 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]    
  7. 00401073 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。  


2.7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。  


2.8 小心内存泄漏

在堆上分配内存很容易造成内存泄漏,这是C/C++的最大的“克星”,如果你的程序要稳定,那么就不要出现Memory Leak。所以,我还是要在这里千叮咛万嘱付,在使用malloc系统函数(包括calloc,realloc)时千万要小心。  
 
记得有一个UNIX上的服务应用程序,大约有几百的C文件编译而成,运行测试良好,等使用时,每隔三个月系统就是down一次,搞得许多人焦头烂额,查不出问题所在。只好,每隔两个月人工手动重启系统一次。出现这种问题就是Memery Leak在做怪了,在C/C++中这种问题总是会发生,所以你一定要小心。 
我保证,做过许多C/C++的工程的程序员,都会对malloc或是new有些感冒。当你什么时候在使用malloc和new时,有一种轻度的紧张和惶恐的感觉时,你就具备了这方面的修养了。  

对于malloc和free的操作有以下规则:  
1) 配对使用,有一个malloc,就应该有一个free。(C++中对应为new和delete)  
2) 尽量在同一层上使用,不要malloc在函数中,而free在函数外。最好在同一调用层上使用这两个函数。  
3) malloc分配的内存一定要初始化。free后的指针一定要设置为NULL。  
 

注:虽然现在的操作系统(如:UNIX和Win2k/NT)都有进程内存跟踪机制,也就是如果你有没有释放的内存,操作系统会帮你释放。但操作系统依然不会释放你程序中所有产生了Memory Leak的内存,所以,最好还是你自己来做这个工作。(有的时候不知不觉就出现Memory Leak了,而且在几百万行的代码中找无异于海底捞针,Rational有一个工具叫Purify,可能很好的帮你检查程序中的Memory Leak



本文转载自http://cyqiang.blog.51cto.com/267798/49868,做了一些修改和注释。


堆内存和栈内存(待整理……)

标签:style   blog   http   color   io   os   使用   ar   strong   

原文地址:http://blog.csdn.net/u011409995/article/details/39781927

(0)
(0)
   
举报
评论 一句话评论(0
登录后才能评论!
© 2014 mamicode.com 版权所有  联系我们:gaon5@hotmail.com
迷上了代码!