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堆区、栈区、全局区、代码区(程序的内存布局)

2013年05月14日 C++知识 暂无评论 阅读 117 次

堆区、栈区、全局区、代码区(程序的内存布局)

  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,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。  


[cpp]

int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
int main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = "123456"; //123456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。

}

 

[/cpp]
 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   =   new   char[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。    
   
  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,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;    
  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:
  [cpp]

#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return 0;
}

 

[/cpp]
  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!)

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