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堆和栈的区别

2019年01月13日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3231字 ⁄ 字号 评论关闭

回味一下:

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


。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,呵呵。


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。 -
程序结束后由系统释放。


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;


char s[] = "abc";


char *p2;


char *p3 = "123456"; p3
在栈上,123456\0在常量区,char[0]='a'会报错,因为常量区只读。


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1020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




heap:
需要程序员自己申请,并指明大小,在cmalloc函数


p1 = (char *)malloc(10);

C++中用new运算符


p2 = new char[10];

但是注意p1p2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。

2.3申请大小的限制

栈:在Windows,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: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块内存,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。堆中的具体内容由程序员安排。

2.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;

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:


#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码


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,再根据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。 (经典!
)

-------------------------------------------------------------------------------------------
常见的内存分配和使用错误
:
1)
内存的申请和分配并没有成功,但程序员却使用了它。

   
判断指针的值是否为NULL可以有效地避免这种错误。

2) 内存的分配已经成功,但是却没有进行初始化就直接使用它了。
   
主观地认为自己申请的内存的缺省值为0,这样想是没有什么道理的,内存分配后的值是不确定的。

3) 申请了内存,使用完了却忘记了释放,导致内存泄露。它会慢慢地吞噬你的系统资源,直到你的程序彻底完蛋。

4) 你很小心地释放了内存,但是却又使用了它。由于程序很复杂或者调用顺序出错,这样可能导致出现上面的错误。

5)freedelete如何对付指针?

   程序员都知道它们是用来释放申请的内存的,但是却很少有人注意到指针本身并没有发生什么变化。
  
各位可以在VC中使用单步跟踪一下,你们会惊奇地发现当指针p被调用了free后它的地址值并没有改变,
  
只是该地址对应的内存中原来有意义的值变成了垃圾,“p”却还是指向的这块内存。
  
记住,一定要第一时间将p的值设为NULL,否则会让别人以为p是一个有意义的指针而误使用它
   (
当别人使用该指针时会判断指针的值是否为NULL,如果不为NULL就会以为它有意义)

   例子: (测试过)
   #include<stdio.h>
   #include<string.h>
   #include<malloc.h>
   int main()
   {
char *p=(char *)malloc(sizeof(char)*100);
strcpy(p,"linwen");

printf("before free: %d\n",p);
printf("%s\n",p);
free(p);
printf("after free: %d\n",p);//地址一样
         printf("%s\n",p);             //
内容不一样
   }

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