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預(yù)備知識—程序的內(nèi)存分配 一個由C/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分
一個正常的程序在內(nèi)存中通常分為程序段、數(shù)據(jù)端、堆棧三部分。程序段里放著程序的機器碼、只讀數(shù)據(jù)，這個段通常是只讀，對它的寫操作是非法的。數(shù)據(jù)段放的是程序中的靜態(tài)數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)則通過堆棧來存放。 在內(nèi)存中，它們的位置如下： +------------------+ 內(nèi)存低端 | 程序段 | |--------------------| | 數(shù)據(jù)段 | |--------------------| | 堆棧 | +------------------+ 內(nèi)存高端 堆棧是內(nèi)存中的一個連續(xù)的塊。一個叫堆棧指針的寄存器（SP）指向堆棧的棧頂。堆棧的底部是一個固定地址。堆棧有一個特點就是，后進(jìn)先出。也就是說，后放入的數(shù)據(jù)第一個取出。它支持兩個操作，PUSH和POP。PUSH是將數(shù)據(jù)放到棧的頂端，POP是將棧頂?shù)臄?shù)據(jù)取出。 在高級語言中，程序函數(shù)調(diào)用、函數(shù)中的臨時變量都用到堆棧。為什么呢？因為在調(diào)用一個函數(shù)時，我們需要對當(dāng)前的操作進(jìn)行保護(hù)，也為了函數(shù)執(zhí)行后，程序可以正確的找到地方繼續(xù)執(zhí)行，所以參數(shù)的傳遞和返回值也用到了堆棧。通常對局部變量的引用是通過給出它們對SP的偏移量來實現(xiàn)的。另外還有一個基址指針（FP，在Intel芯片中是BP），許多編譯器實際上是用它來引用本地變量和參數(shù)的。通常，參數(shù)的相對FP的偏移是正的，局部變量是負(fù)的。 當(dāng)程序中發(fā)生函數(shù)調(diào)用時，計算機做如下操作：首先把參數(shù)壓入堆棧；然后保存指令寄存器(IP)中的內(nèi)容，做為返回地址(RET)；第三個放入堆棧的是基址寄存器(FP)；然后把當(dāng)前的棧指針(SP)拷貝到FP，做為新的基地址；最后為本地變量留出一定空間，把SP減去適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 在函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，用malloc,
calloc, realloc等分配內(nèi)存的函數(shù)分配得到的就是在堆上。在所有函數(shù)體外定義的是全局量，加了static修飾符后不管在哪里都存放在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)），在所有函數(shù)體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用；在函數(shù)體內(nèi)定義的static表示只在該函數(shù)體內(nèi)有效。另外，函數(shù)中的"adgfdf"這樣的字符串存放在常量區(qū)。 對比： 1 性能 棧：棧存在于RAM中。棧是動態(tài)的，它的存儲速度是第二快的。stack 堆：堆位于RAM中，是一個通用的內(nèi)存池。所有的對象都存儲在堆中。heap 2 申請方式 stack【棧】: 由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間 。 heap【堆】: 需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù) 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運算符 如p2 =
(char *)malloc(10); 但是注意：p1、p2本身是在棧中的。 3 申請后系統(tǒng)的響應(yīng) 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，否則將報異常提示棧溢出。 堆【heap】：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序；另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(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)點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 4 申請大小的限制 ?！?/span>stack】：在Windows下，棧是向低地址擴展的數(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，總之是一個編譯時就確定的常數(shù)），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【heap】：堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的，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。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。 5 申請效率的比較 ?！?/span>stack】：由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。 堆【heap】：是由new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，不過用起來最方便. 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進(jìn)程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。 6 堆和棧中的存儲內(nèi)容 ?！?/span>stack】：在函數(shù)調(diào)用時，第一個進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，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)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。 堆【heap】：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。 7 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(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?/span>(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(yīng)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，在根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。 小結(jié)： 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，只管點菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、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。 ------------------------------------------------------------- |
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