请讲述heap和stack的区别
来源:互联网 发布:京东有类似淘宝联盟 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 09:32
一、预备知识—程序的内存分配
在进行C/C++编程时,需要程序员对内存的了解比较准确。经常需要操作的内存可分为一下几个类别。
栈区(stack):由编译器自动分配和释放,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。
堆区(heap):一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收。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。
全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量是存储在一块的,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。
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。
程序代码区:存放函数体的二进制代码。
以下是一段实际说明的代码:
//main.cpp
int a=0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
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); //分配的来的10和20字节区就在堆区
p2=(char *)malloc(20);
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
}
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:
#include
main()
{
char a=1;
char c[]="1234567890";
char *p="1234567890";
a=c[1];
a=p[1];
return;
}
对应的汇编代码如下:
10: a=c[1];
00401067 8A 4D F1 mov c1,byte ptr[ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr[ebp-4],c1
11:a=p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr[edp-14h]
00401070 8A 42 01 mov a1,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],a1
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器c1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。
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