全面介绍Windows内存管理机制及C++内存分配实例（六）：堆栈

来源：互联网发布：淘宝三唑仑网上什么卖编辑：程序博客网时间：2024/05/01 09:39

原文链接：http://blog.csdn.net/yeming81/article/details/2052312

6. 内存管理机制--堆栈 (Stack)

· 使用场合

操作系统为每个线程都建立一个默认堆栈，大小为1M。这个堆栈是供函数调用时使用，线程内函数里的各种静态变量都是从这个默认堆栈里分配的。

· 堆栈结构

默认1M的线程堆栈空间的结构举例如下，其中，基地址为0x0004 0000，刚开始时，CPU的堆栈指针寄存器保存的是栈顶的第一个页面地址0x0013 F000。第二页面为保护页面。这两页是已经分配物理存储器的可用页面。

随着函数的调用，系统将需要更多的页面，假设需要另外5页，则给这5页提交内存，删除原来页面的保护页面属性，最后一页赋予保护页面属性。

当分配倒数第二页0x0004 1000时，系统不再将保护属性赋予它，相反，它会产生堆栈溢出异常STATUS_STACK_OVERFLOW，如果程序没有处理它，则线程将退出。最后一页始终处于保留状态，也就是说可用堆栈数是没有1M的，之所以不用，是防止线程破坏栈底下面的内存（通过违规访问异常达到目的）。

当程序的函数里分配了临时变量时，编译器把堆栈指针递减相应的页数目，堆栈指针始终都是一个页面的整数倍。所以，当编译器发现堆栈指针位于保护页面之下时，会插入堆栈检查函数，改变堆栈指针及保护页面。这样，当程序运行时，就会分配物理内存，而不会出现访问违规。

· 使用例子

改变堆栈默认大小:

有两个方法，一是在CreateThread()时传一个参数进去改变；

二是通过链接命令：

#pragma comment(linker,"/STACK:102400000,1024000")

第一个值是堆栈的保留空间，第二个值是堆栈开始时提交的物理内存大小。本文将堆栈改变为100M。

堆栈溢出处理：

如果出现堆栈异常不处理，则导致线程终止；如果你只做了一般处理，内存

结构已经处于破坏状态，因为已经没有保护页面，系统没有办法再抛出堆栈溢

出异常，这样的话，当再次出现溢出时，会出现访问违规操作

STATUS_ACCESS_VIOLATION，这是线程将被系统终止。解决办法是，恢复

堆栈的保护页面。请看以下例子：

C++程序如下：

bool handle=true;

static MEMORY_BASIC_INFORMATION mi;

LPBYTE lpPage;

//得到堆栈指针寄存器里的值

_asm mov lpPage, esp;

// 得到当前堆栈的一些信息

VirtualQuery(lpPage, &mi, sizeof(mi));

//输出堆栈指针

printf("堆栈指针=%x/n",lpPage);

// 这里是堆栈的提交大小

printf("已用堆栈大小=%d/n",mi.RegionSize);

printf("堆栈基址=%x/n",mi.AllocationBase);

for(int i=0;i<2;i++)

{

__try

{

__try

{

__try

{

cout<<"**************************"<<endl;

//如果是这样静态分配导致的堆栈异常，系统默认不抛出异常，捕获不到

//char a[1024*1024];

//动态分配栈空间，有系统调用Alloca实现，自动释放

Add(1000);

//系统可以捕获违规访问

int * p=(int*)0xC00000000;

*p=3;

cout<<"执行结束"<<endl;

}

__except(GetExceptionCode()==STATUS_ACCESS_VIOLATION ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)

{

cout<<"Excpetion 1"<<endl;

}

__except(GetExceptionCode()==STATUS_STACK_OVERFLOW ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)

{

cout<<"Exception 2"<<endl;

if(handle)

{

//做堆栈破坏状态恢复

LPBYTE lpPage;

static SYSTEM_INFO si;

static MEMORY_BASIC_INFORMATION mi;

static DWORD dwOldProtect;

// 得到内存属性

GetSystemInfo(&si);

// 得到堆栈指针

_asm mov lpPage, esp;

// 查询堆栈信息

VirtualQuery(lpPage, &mi, sizeof(mi));

printf("坏堆栈指针=%x/n",lpPage);

// 得到堆栈指针对应的下一页基址

lpPage = (LPBYTE)(mi.BaseAddress)-si.dwPageSize;

printf("已用堆栈大小=%d/n",mi.RegionSize);

printf("坏堆栈基址=%x/n",mi.AllocationBase);

//释放准保护页面的下面所有内存

if (!VirtualFree(mi.AllocationBase,

(LPBYTE)lpPage - (LPBYTE)mi.AllocationBase,

MEM_DECOMMIT))

{

exit(1);

}

// 改页面为保护页面

if (!VirtualProtect(lpPage, si.dwPageSize,

PAGE_GUARD | PAGE_READWRITE,

&dwOldProtect))

{

exit(1);

}

printf("Exception handler %lX/n", _exception_code());

}

__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)

{

cout<<"Default handler"<<endl;

}

cout<<"正常执行"<<endl;

//分配空间，耗用堆栈

char c[1024*800];

printf("c[0]=%x/n",c);

printf("c[1024*800]=%x/n",&c[1024*800-1]);

}

void ThreadStack::Add(unsigned long a)

{

//深递归，耗堆栈

char b[1000];

if(a==0)

return;

Add(a-1);

}

程序运行结果如下：

可以看见，在执行递归前，堆栈已被用了800多K，这些是在编译时就静态决定了。它们不再占用进程空间，因为堆栈占用了默认的1M进程空间。分配是从栈顶到栈底的顺序。

当第一次递归调用后，系统捕获到了它的溢出异常，然后堆栈指针自动恢复到原来的指针值，并且在异常处理里，更改了保护页面，确保第二次递归调用时不会出现访问违规而退出线程，但是，它仍然会导致堆栈溢出，需要动态的增加堆栈大小，本文没有对这个进行研究，但是试图通过分配另外内存区，改变堆栈指针，但是没有奏效。

注意：在一个线程里，全局变量加上任何一个函数里的临时变量，如果超过堆栈大小，当调用这个函数时，都会出现堆栈溢出，这种溢出系统不会抛出堆栈溢出异常，而直接导致线程退出。

对于函数1调用函数2，而函数n-1又调用函数n的嵌套调用，每层调用不算临时变量将损失240字节，所以默认线程最多有1024*(1024-2)/240=4360次调用。加上函数本身有变量，这个数目会大大减少。

至此，内存管理机制完全介绍完毕! 谢谢光顾!

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