浅谈堆和栈
来源：互联网 发布：移民计划 知乎 编辑：程序博客网 时间：2024/05/12 11:13
在写C语言程序的时候，各种变量，只是按步就章写，根本就不了解它在内存中是怎么贮存，怎么去读取，然后显示到终端上。有人说C语言的精华就是内存管理和指针，虽然对内存了解的不是很清楚，但是还是分享一些这段时间学习堆和栈的经验。
先看这段代码
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void print(){// 填充代码}int main(int argc, char **argv){int a=1;int b=2;char c='c';int arr[]={11,12,13,14,15,16,17};print();return EXIT_SUCCESS;}
这个题目要求在不传递参数的情况下, 在print() 函数中打印出 main() 函数中 arr 数组中的各个元素。看到这个题目，怎么写？print();函数没有形参，也没有返回值(这个没有必要的)，怎么去完成的么？这就需要我们了解这些变量怎么在内存中去贮存的，我们怎么去把数组的首地址找出来，成为问题的关键所在。下面我们先简单介绍一下堆和栈：栈：在计算机系统中, 栈则是一个的动态内存区域。 是只能在一端插入和删除数据的特殊线性表。 允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶, 另一端为栈底。 栈按照后进先出的原则存储数据, 最先进入的数据被压入栈底, 最后进入的数据在栈顶, 需要读数据时从栈顶开始弹出数据。 栈底固定, 而栈顶浮动。 栈中元素个数为零时称为空栈。 插入一般称为进栈(push),删除则称为出栈(pop)栈也被称为先进后出表在函数调用的时候用于存储断点在递归的时也要用到。在数据结构中，栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表（这个我们先不讨论）。 程序可以将数据压入栈中, 也可以将数据从栈顶弹出。 在 i386 机器中, 栈顶由称为 esp (寄存器存放当前线程的栈顶指针)的寄存器进行定位,栈底由ebp（寄存器存放当前线程的栈底指针）的寄存器进行定位。 压栈的操作使栈顶的地址减小,弹出的操作使栈顶的地址增大.栈的整体作用：0)保存现场/上下文；1)传递参数:汇编代码调用c函数时，需传递参数；在x86-64中关于传递参数时，不一定用到栈，参考点击打开链接。2)保存临时变量:包括函数的非静态局部变量（函数运行结束后，存贮空间被释放的变量）以及编译器自动生成的其他临时变量。堆,是一种动态存储结构,实际上就是数据段中的自由存储区, 它是 C 语言中使用的一种名称, 常常用于存储、 分配动态数据。 堆中存入的数据地址向增加方向变动（即向大端的方向增加）。 堆可以不断进行分配直到没有堆空间为止,也可以随时进行释放、再分配,不存在顺序问题。堆内存的分配常通过 malloc()、calloc()、realloc() 三个函数来实现。 而堆内存的释放则使用 free() 函数。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。下面给出上题的答案，这道题并没有通用的答案，每个机器两个函数之间的偏移量不同，而导致答案不同。#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void print(){ int a = 1; int *p = &a +7;//对a取地址之后，获得print()函数的压栈的位置，用于确定两个函数之间的内存偏移量，每个电脑是不一样的 int i; for (i = 0; i < 7; i++){ printf("%d\t"); } printf("\n");}int main(int argc, char **argv){ int a=1; int b=2; char c='c';int arr[]={11,12,13,14,15,16,17}; print(); return EXIT_SUCCESS;}运行的结果：但是出现一个问题，就是两个函数之间的调用没有在栈中连续（一直搞不明白），我的电脑是&a+7之后就是arr数组的首地址，但是并不是所有的电脑都是，这是个不确定的值，以后有时间搞懂。可以参考这篇博客X86-64寄存器和栈帧.再说一说如何压栈和出栈。这是上述函数的汇编 %rax 作为函数返回值使用。%rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数。。。%rbx，%rbp，%r12，%r13，%14，%15 用作数据存储，遵循被调用者使用规则，简单说就是随便用，调用子函数之前要备份它，以防他被修改%r10，%r11 用作数据存储，遵循调用者使用规则，简单说就是使用之前要先保存原值%rsp 栈指针寄存器，指向栈顶
首先，操作系统先pushq %brp（将$brpt放入到调用栈）然后开辟48个字节的空间，向内存地址小的地方开始压栈，这里有一个问题就是为什么开辟了48个字节的空间？应该涉及到内存对齐的问题？等学了汇编........压栈的顺序：1)push 操作先移动栈顶指针,之后将信息入栈。2)esp 为堆栈指针, 栈顶由 esp 寄存器来定位。 压栈的操作使栈顶的地址减小, 弹出的操作使栈顶的地址增大。3)ebp 是 32 位的 bp,是基址指针。bp 为基指针寄存器,用它可直接存取堆栈中的数据,它在调用函数时保存 esp,以便函数结束时可以正确返回。4) 默认的函数内部变量的压栈操作为 :从上到下、从左向右。数组压栈方法略有不同,即从最后一个元素开始,直到起始元素为止,即采用从右向左的方法压栈。5)函数的形参是按照从右到左的方式压栈，（形参1，形参2....）即先使形参2压栈，然后1.关于堆栈的位置：在bass段里面是全局变量区和静态区。初始化的变量在一起为全局初始化区，没有初始化的放在全局未初始化区。在数据段中，放着常量区，例如char *p ="hello",则hello发在这里。p放在了栈区。#include<stdio.h>#include <stdlib.h>int main(int argc, char **argv) { int b; 栈 char arry[] = "abc"; //arry 和“abc”栈 char *arry1 = "abc" ; // arry1在栈上 "abc"在常量区static int c =0； //全局（静态）初始化区 return EXIT_SUCCESS;} 对于这篇文章，还有好多需要改正的地方，作为参考而以。后面会给以修正。 水 2013.7.26
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