堆和栈的区别
来源:互联网 发布:seo常用的方法和手段 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 13:07
一、预备知识—程序的内存分配
$ H- ^' M+ d8 t9 L! ~+ A2 t! d v# s一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 5 }7 U/ U( f- d* X; {
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
/ o7 {( l7 E: t m操作方式类似于数据结构中的栈。
. C& k6 o2 N0 D/ Z2、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 & f! r8 ?% }1 ]8 @, o
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。 . R3 I1 s3 m' B2 t ]' Z2 @9 d
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
! Z$ i# U( h" s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
+ G3 m0 U! n& v一块区域。 - 程序结束后由系统释放。 : B& j( l: n" Q! ~, e
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
0 N1 }8 x2 B( x4 m! L5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。
2 p* u1 _2 t7 G: K, K5 l, t9 U1 K" ]
3 h* j9 V' [0 _! {
二、例子程序
& S7 t: h; F4 i1 w5 s5 {) n5 R. V这是一个前辈写的,非常详细
5 `$ H$ r, E, ^1 O//main.cpp
1 y1 V% t! P* Oint a = 0; 全局初始化区
N$ b) @& M0 S5 |5 Z1 Dchar *p1; 全局未初始化区 " r: d& X# Q1 d
main() ( K, P% s, C, v4 o+ w( k. A$ t
{
* L: w& Y" P$ L" u9 {int b; 栈 0 Y+ p5 G3 J/ L
char s[] = "abc"; 栈
4 z# r$ t, N* U5 G1 c. /$ _char *p2; 栈
1 [: x+ I d ?" L" ?3 Nchar *p3 = "123456"; 123456/0在常量区,p3在栈上。
" t7 G) Z0 R; _/ N# X7 r" n# Rstatic int c =0; 全局(静态)初始化区 " U9 V* /% T" _' P# z3 G
p1 = (char *)malloc(10); : C1 ]8 b+ |3 C) E% o' G3 O
p2 = (char *)malloc(20); ' X }5 [2 u9 o& s2 e6 }$ J, S
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
. e3 a' e4 |! [& o4 H8 Bstrcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"
* S7 @# G; @' |+ q% l7 S优化成一个地方。 2 f7 Q$ n" ]3 g
} 8 f [2 Y% B2 K& t5 @3 M5 [
- x3 {) s! v. H
7 ^8 ~) V- Y+ F /) Y! C3 [; j二、堆和栈的理论知识 ; `8 z W- E* t1 M! `" x2 E
2.1申请方式
: @: r1 u" D/ x+ n8 Ustack:
0 } }/ m" F" C$ k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
1 v2 U, A, x _7 e- T间
3 X# `, J5 O! k/ {; _heap:
8 m8 `. j% ^3 G9 B* J1 a需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数 3 l' i6 J, O+ O D
如p1 = (char *)malloc(10); ! g0 f( `% o/ |8 g' T2 J3 x
在C++中用new运算符 4 e7 P' ?% m- @# s. _
如p2 = new char[10];
, V6 N# @- S9 ?, Y, T但是注意p1、p2本身是在栈中的。
, O ^: k$ X( ?" R/ e7 B- y1 |8 m5 H; ]: Y- s8 I
* I$ W/ k9 j' n/ T% B
2.2 " C( Q! A6 {1 j K; {4 {/ K( ^
申请后系统的响应
7 `' I' X! k+ b4 `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 - O' X/ R1 |, d
出。 % n. v' m6 x* E1 B0 b4 ~3 s: p/ o& j' I
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,
- m& ?+ W6 I T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 ( /3 U3 d6 f) k5 [* H- k# A4 a
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
+ A2 G- H( F, v8 Y* }$ A6 N1 K+ P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。
: g$ h9 s* y% p& [; M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
+ v& x1 x. D5 y$ ^分重新放入空闲链表中。 5 p. M+ B2 ~) c S; Z: ?2 G2 ~8 B
9 w) Q1 Y) _3 r0 P" D
2.3申请大小的限制 : H# G4 Q Y1 E. [ i1 Z
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 6 R" x# k( F( S. T" t5 R
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
* Y$ Q9 M; N: J' N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
& S5 h2 q1 y/ m% P4 I& ^" X提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。 ^& ^# q( z- S- U' v q x* ~& `, {' t
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 - s0 q& d: `6 u2 b
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
0 j9 j; B9 Q* H, D& I( n& W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。 9 `, l5 [ c8 h+ ^$ `6 c( ~ T3 ?- u
# d& e N4 `- V8 U+ O( p* A: B
1 A2 m7 F4 C: |. c
- ^ Q5 q, s/ o! f0 D2.4申请效率的比较: ! Q; Q" k/ `+ {# ?
栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
( q/ N- F: P. p4 c* B) N( ]% t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.
" ]# o, R8 l& ^- A2 b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
* w! G+ q# U- _! n" _- w3 T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。
L8 A6 U& N8 N# l
/ j- `$ @2 F) w& {8 x( A( R1 ?& y) K2 K! O! C, _1 o5 w
2.5堆和栈中的存储内容 & X. K( d" i) @6 N3 L1 f
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 5 D X0 Q( ^1 Q4 j7 J
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 % c8 G& S) o5 U4 O
的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 8 F7 S8 l: P' X5 D# ^ B, W
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
8 K6 _5 g4 R' s8 b3 L* f! V! p址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。 ; o& F- k/ g- E
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。
8 V$ v9 U% ~+ K2 W3 t2 p% z2 /
2.6存取效率的比较
+ ~0 c$ M" X' q: N8 C3 z! Q5 V* D
9 x# |( Y3 B; p( T1 nchar s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
^: o3 b* E5 s1 y7 achar *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; - W; E- W8 /1 G! b' h5 D7 Z
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;
$ B9 }! C( H1 k$ D, c而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;
" F; L" K- i) [5 G8 R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。
( V7 F5 e0 x: X9 k1 A6 ], `: M; i比如: , J2 ]! g1 e* Q! p* x9 X& v
#include ( @3 }! F" y5 L- G. H/ H* G
void main()
+ e0 /4 j) E; F; m8 J+ ^* H{
. x7 Q. d, E7 Q( E* O+ p% j9 /char a = 1; 7 F, ]; a4 A% p( O# F2 t1 W |
char c[] = "1234567890"; & i( ~5 P$ ^* }1 Q( z
char *p ="1234567890"; 5 [* T7 {4 @$ Z/ F
a = c[1];
f( e# F4 f. B8 l; Q$ E- ea = p[1];
+ / k5 K- ^- C% M nreturn;
S/ C! @5 l, ]+ ~( e} 5 H$ L8 G+ I0 l) e
对应的汇编代码 ; I& B6 O/ `1 M
10: a = c[1]; ; d4 C: S! B" f/ C. z+ g
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] # u5 B; c$ T* _/ J% a
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl ; P3 N$ P: w& r( v' I
11: a = p[1]; 8 N. K d( a7 `9 x* E& c6 G
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 8 E' b5 B# U$ l- G: `5 u
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
3 {" H" V7 G6 M Q7 _( u7 J00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al & c9 n! g q, ^1 {: T" x
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
/ o( b. _3 M+ y& l* l7 ~edx中,再根据edx读取字符,显然慢了。
2 e" x# Z" /1 N' x: j$ u$ ?" P- [& C+ F
0 O1 Z+ ?! B/ c0 O. d5 }
0 ^+ u6 I! O7 ~8 U7 _ ]2.7小结:
$ h" D Q# ?% H9 l$ E; [堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出: {7 N) ~% g& W. O% _
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
: l! [/ O* e- D/ H* Z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 0 g* ^0 |) |4 u7 q" @
由度小。 * s( k, O( p8 `% U( y. r/ D
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 $ [' l, W v9 l
度大。 (经典!)