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    C/C++内存堆和栈的几点总结

     
        发布时间:2013-9-2  


        本文导语:  程序的堆栈是由处理器直接支持的。在intel x86的系统中,堆栈在内存中是从高地址向低地址扩展(这和自定义的堆栈从低地址向高地址扩展不同).因此,栈顶地址是不断减小的,越后入栈的数据,所处的地址也就越低。 &n...

     程序的堆栈是由处理器直接支持的。在intel x86系统中,堆栈在内存中是从高地址向低地址扩展(这和自定义的堆栈从低地址向高地址扩展不同).因此,栈顶地址是不断减小的,越后入栈的数据,所处的地址也就越低。  

      在32位系统中,堆栈每个数据单元的大小为4字节。小于等于4字节的数据,比如字节、字、双字和布尔型,在堆栈中都是占4个字节的;大于4字节的数据在堆栈中占4字节整数倍的空间

      和堆栈的操作相关的两个寄存器是EBP寄存器和ESP寄存器的,实际上可以把EBP和ESP理解成2个指针。ESP寄存器总是指向堆栈的栈顶,执行PUSH命令向堆栈压入数据时,ESP减4,然后把数据拷贝到ESP指向的地址;执行POP命令时,首先把ESP指向的数据拷贝到内存地址/寄存器中,然后ESP加4。EBP寄存器是用于访问堆栈中的数据的,它指向堆栈中间的某个位置(具体位置后文会具体讲解),函数参数地址比EBP的值高,而函数的局部变量地址比EBP的值低,因此参数或局部变量总是通过EBP加减一定的偏移地址来访问的,比如,要访问函数的第一个参数为EBP+8。

    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NOSQL iis7站长之家函数

    如p1 = (char *)malloc(10);c++中用new运算符

    p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。

    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,否则将报异常提示溢出

    :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,

    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。

    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。

    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

    5 堆和栈中的存储内容

     包括了:函数的参数,函数的局部变量,寄存器的值(用以恢复寄存器),函数的返回地址以及用于结构化异常处理的数据(当函数中有trycatch语句时才有,本文不讨论)。这些数据是按照一定的顺序组织在一起的,我们称之为一个堆栈帧(Stack Frame)。一个堆栈帧对应一次函数的调用。在函数开始时,对应的堆栈帧已经完整地建立了(所有的局部变量在函数帧建立时就已经分配好空间了,而不是随着函数的执行而不断创建和销毁的);在函数退出时,整个函数帧将被销毁。

     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。

     c++堆栈特点总结如下所示:

    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:

    #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,在根据edx读取字符,显然了。


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