常见的编程问题（一）少大数加减

---

存储区的概念

常见的存储区域可分为：

• 栈

由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

• 堆

由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，程序会一直占用内存，导致内存泄漏，在程序结束后，操作系统会自动回收。

由malloc等分配的内存块，它和堆是十分相似的，不过它是用free来释放分配的内存。

• 全局/静态存储区

全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

• 常量存储区

这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改）。

• 代码段：存放函数体的二进制代码。

例1：C语言程序

int x;  void main()  {  }  

变量x存储在内存哪个区域？

答：在采用段式内存管理的架构中，BSS段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。

BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态存储区。

例2：static全局变量与普通全局变量有什么区别？

答：static全局变量和普通全局变量存储区域相同，不同的是：

static全局变量只在声明此static全局变量的文件中有效；

普通全局变量对整个源程序都有效，当此源程序包含多于一个文件的程序时，对其他文件依然有效。

例3：static局部变量与普通局部变量的区别？

答：static局部变量的存储区为静态存储区，普通局部变量的存储区为栈；

static局部变量生存周期为整个源程序，但是只能在声明其的函数中调用，并且其值与上一次的结果有关；而普通局部变量的生存周期为声明其函数的周期，超过特定的范围其值会被重新初始化；

static局部变量如果未初始化其值默认为0，而普通局部变量则不确定。

//main.cppinta = 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\0在常量区，p3在栈上。    static int c  =0;//全局（静态）初始化区    p1  = (char*)malloc(10);    p2  = (char*)malloc(20);//分配得来的10和20字节的区域就在堆区。}

堆栈的区别

1.内存分配方面：

堆：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。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下：new、malloc、delete、free等等。

栈：由编译器(Compiler)自动分配释放，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。

2.申请方式方面：

堆：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，但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。

栈：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。

3.系统响应方面：

堆：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,由此可能会导致内存碎片。

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。

4.大小限制方面：

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。

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，栈的大小是固定的（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。

5.效率方面：

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。

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

6.存放内容方面：

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。

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（从函数返回的时候将继续从这条指令开始执行）（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，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。

7.存取效率方面：

堆：char *s1 = "Hellow Word"；是在编译时就确定的；

栈：char s1[] = "Hellow Word"；是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

交换两个值的方法

有三种方法：

void swap1(int *a,int *b)//第一种，也是最常用的一种{  int t; t = *a; *a = *b; *b = t;}void swap2(int *a,int *b)//第二种，不需要额外的内存空间（不用临时变量）{  *a = *a + *b;  *b = *a - *b;  *a = *a - *b;}//上述方法可能引起越界，为什么不使用他俩的差呢？void newswap2( int *a, int *b){    *a = *b - *a;    *b = *b - *a;    *a = *a + *b;}//上述代码是用算术的过程来实现a与b的值的交换。这里主要的方法是考虑中间量|a-b|和留下一个原值。不过要使程序正确，还要做一些值的大小判断。写成函数的话会比较麻烦，通用性问题。void swap3(int *a,int *b)//第三种，不需要额外的内存空间，位运算实现{  *a ^= *b;  *b ^= *a;  *a ^= *b;}//这里交换的方法也是依赖于公式A^B^A=B和A^B^B=A这个规律。但是函数参数的传递分为两种值传递和地址传递。故交换也有两种，值交换和变量所指向值的地址交换。只能交换整数(char int long)，要想交换两个浮点数是不行的，因为浮点数不能参与位运算，要想交换两个指针也是不行的，编译器不允许你把两个指针拿来做位运算，要想交换两个用户自定义对象也是不行的，因为它仍然不能参与位运算

这种值交换的目的是为了减少临时变量的申请，减少程序所需的内存空间。对大量申请临时变量来实现交换的程序是一种很好的解决方案

大数加减（高效）