对插入排序以及内存管理的一些分析

来源：互联网发布：淘宝网费列罗巧克力编辑：程序博客网时间：2024/06/15 23:31

插入排序的算法原理相对来说还是比价容易理解的，也是算法导论里作为基础算法在介绍章节作为铺垫使用，在分析完循环不变性之后，借助插入排序做了循环不变性的证明。

从第二个元素开始选取，不断的用这个元素和以前的进行比较，在第一次比较时，只有第一个元素和第二个元素进行比较，然后依次递增选取的比较元素，需要注意在这个过程中，选取元素之前的队列，都是已经完成了排序的，所以在之前的队列中，一旦发现有违反队列性质的元素，则不断向后移动元素，完成这个过程之后，再将元素写入已经腾出的位置，一直到队列的尾部。

源码如下：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void InsertSort(int* a, int len){       for(int j=1; j<len; j++)    {           int key = a[j];        int i = j-1;        while(i>=0 && a[i]>key)        {               a[i+1] = a[i];            i--;        }        a[i+1] = key;    }}void Print(int* a, int len){    for(int i=0; i<len; i++)    {        printf("%d\n", a[i]);    }}int main(){    int x[] = {5,4,3,2,1};    InsertSort(x, 5);    Print(x, 5);    return 0;}

需要留心在插入排序的过程中，内部过程使用了while中的与判断，这个前提是在插入之前的队列已经是排序好的，然后在遇到违背队列规则的情况下，就需要开始将要插入的位置移动，但是一旦遇到符合队列规则的条件，while的判断为false，就跳出循环。这比单纯的写个for循环，然后不断地执行if判断，能减少不用再检测的部分。

借着这个机会，查看下该程序对应的汇编代码，对CPU的运行再回顾下

编译指令：

gcc -g -c tes.cpp

objdump -S tes.o -o tes.S

tes01.o：     文件格式 elf64-x86-64Disassembly of section .text:0000000000000000 <_Z10InsertSortPii>:#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void InsertSort(int* a, int len){   0:55                   push   %rbp   1:48 89 e5             mov    %rsp,%rbp   4:48 89 7d e8          mov    %rdi,-0x18(%rbp)   8:89 75 e4             mov    %esi,-0x1c(%rbp)    for(int j=1; j<len; j++)   b:c7 45 fc 01 00 00 00 movl   $0x1,-0x4(%rbp)  12:e9 9a 00 00 00       jmpq   b1 <_Z10InsertSortPii+0xb1>    {        int key = a[j];  17:8b 45 fc             mov    -0x4(%rbp),%eax  1a:48 98                cltq     1c:48 8d 14 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rdx  23:00   24:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  28:48 01 d0             add    %rdx,%rax  2b:8b 00                mov    (%rax),%eax  2d:89 45 f4             mov    %eax,-0xc(%rbp)        int i = j-1;  30:8b 45 fc             mov    -0x4(%rbp),%eax  33:83 e8 01             sub    $0x1,%eax  36:89 45 f8             mov    %eax,-0x8(%rbp)        while(i>=0 && a[i]>key)  39:eb 34                jmp    6f <_Z10InsertSortPii+0x6f>        {            a[i+1] = a[i];  3b:8b 45 f8             mov    -0x8(%rbp),%eax  3e:48 98                cltq     40:48 83 c0 01          add    $0x1,%rax  44:48 8d 14 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rdx  4b:00   4c:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  50:48 01 c2             add    %rax,%rdx  53:8b 45 f8             mov    -0x8(%rbp),%eax  56:48 98                cltq     58:48 8d 0c 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rcx  5f:00   60:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  64:48 01 c8             add    %rcx,%rax  67:8b 00                mov    (%rax),%eax  69:89 02                mov    %eax,(%rdx)            i--;  6b:83 6d f8 01          subl   $0x1,-0x8(%rbp){    for(int j=1; j<len; j++)    {        int key = a[j];        int i = j-1;        while(i>=0 && a[i]>key)  6f:83 7d f8 00          cmpl   $0x0,-0x8(%rbp)  73:78 1b                js     90 <_Z10InsertSortPii+0x90>  75:8b 45 f8             mov    -0x8(%rbp),%eax  78:48 98                cltq     7a:48 8d 14 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rdx  81:00   82:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  86:48 01 d0             add    %rdx,%rax  89:8b 00                mov    (%rax),%eax  8b:3b 45 f4             cmp    -0xc(%rbp),%eax  8e:7f ab                jg     3b <_Z10InsertSortPii+0x3b>        {            a[i+1] = a[i];            i--;        }        a[i+1] = key;  90:8b 45 f8             mov    -0x8(%rbp),%eax  93:48 98                cltq     95:48 83 c0 01          add    $0x1,%rax  99:48 8d 14 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rdx  a0:00   a1:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  a5:48 01 c2             add    %rax,%rdx  a8:8b 45 f4             mov    -0xc(%rbp),%eax  ab:89 02                mov    %eax,(%rdx)#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void InsertSort(int* a, int len){    for(int j=1; j<len; j++)  ad:83 45 fc 01          addl   $0x1,-0x4(%rbp)  b1:8b 45 fc             mov    -0x4(%rbp),%eax  b4:3b 45 e4             cmp    -0x1c(%rbp),%eax  b7:0f 8c 5a ff ff ff    jl     17 <_Z10InsertSortPii+0x17>            a[i+1] = a[i];            i--;        }        a[i+1] = key;    }}  bd:5d                   pop    %rbp  be:c3                   retq   00000000000000bf <_Z5PrintPii>:void Print(int* a, int len){  bf:55                   push   %rbp  c0:48 89 e5             mov    %rsp,%rbp  c3:48 83 ec 20          sub    $0x20,%rsp  c7:48 89 7d e8          mov    %rdi,-0x18(%rbp)  cb:89 75 e4             mov    %esi,-0x1c(%rbp)    for(int i=0; i<len; i++)  ce:c7 45 fc 00 00 00 00 movl   $0x0,-0x4(%rbp)  d5:eb 2b                jmp    102 <_Z5PrintPii+0x43>    {        printf("%d\n", a[i]);  d7:8b 45 fc             mov    -0x4(%rbp),%eax  da:48 98                cltq     dc:48 8d 14 85 00 00 00 lea    0x0(,%rax,4),%rdx  e3:00   e4:48 8b 45 e8          mov    -0x18(%rbp),%rax  e8:48 01 d0             add    %rdx,%rax  eb:8b 00                mov    (%rax),%eax  ed:89 c6                mov    %eax,%esi  ef:bf 00 00 00 00       mov    $0x0,%edi  f4:b8 00 00 00 00       mov    $0x0,%eax  f9:e8 00 00 00 00       callq  fe <_Z5PrintPii+0x3f>    }}void Print(int* a, int len){    for(int i=0; i<len; i++)  fe:83 45 fc 01          addl   $0x1,-0x4(%rbp) 102:8b 45 fc             mov    -0x4(%rbp),%eax 105:3b 45 e4             cmp    -0x1c(%rbp),%eax 108:7c cd                jl     d7 <_Z5PrintPii+0x18>    {        printf("%d\n", a[i]);    }} 10a:c9                   leaveq  10b:c3                   retq   000000000000010c <main>:int main(){ 10c:55                   push   %rbp 10d:48 89 e5             mov    %rsp,%rbp 110:48 83 ec 20          sub    $0x20,%rsp    int x[] = {5,4,3,2,1}; 114:c7 45 e0 05 00 00 00 movl   $0x5,-0x20(%rbp) 11b:c7 45 e4 04 00 00 00 movl   $0x4,-0x1c(%rbp) 122:c7 45 e8 03 00 00 00 movl   $0x3,-0x18(%rbp) 129:c7 45 ec 02 00 00 00 movl   $0x2,-0x14(%rbp) 130:c7 45 f0 01 00 00 00 movl   $0x1,-0x10(%rbp)    InsertSort(x, 5); 137:48 8d 45 e0          lea    -0x20(%rbp),%rax 13b:be 05 00 00 00       mov    $0x5,%esi 140:48 89 c7             mov    %rax,%rdi 143:e8 00 00 00 00       callq  148 <main+0x3c>        Print(x, 5); 148:48 8d 45 e0          lea    -0x20(%rbp),%rax 14c:be 05 00 00 00       mov    $0x5,%esi 151:48 89 c7             mov    %rax,%rdi 154:e8 00 00 00 00       callq  159 <main+0x4d>    return 0;  159:b8 00 00 00 00       mov    $0x0,%eax} 15e:c9                   leaveq  15f:c3                   retq

按照程序的内存分配方式，可以分为代码段，数据段，堆栈段，代码段是只读的，数据段存放的全局变量以及static变量，在程序的整个生命周期都是存在的；堆栈段的内存是动态开辟的。

这其中有些细节需要注意下，

代码段虽然名为代码段，但是里面存储的都是程序中只读的部分，例如执行代码，以及像"abcdef"这种存放在常量区的字符串，用c++的const关键字限定为不可修改的也存放在该区。

数据段虽然存放的是全局变量以及static静态变量，但是对于已经赋值的全局变量，存放在.data区，已经分配了内存空间；未赋值的全局变量，存放在.bss区，只是做了符号生命，在程序执行期开辟内存，所以未初始化全局变量的程序将比已经赋值全局变量的程序更庞大。这就是为什么数据区要分为 .data区和.bss区的原因。

堆栈区是堆区和栈区的统称，这里的堆栈与数据结构中的堆栈是两个概念，不要混淆。堆区的开辟和释放由程序负责，具体表现就是由new和malloc/cmalloc进行开辟，由delete/delete[]和free进行释放，开辟的大小，由程序制定，具体查看man手册中对于malloc和cmalloc的用法，使用c++的new开辟类的内存与类的大小有关。

栈区由cpu管理，分配的大小有限制，例如int,double,float,short等等这些类型，其实就是指定分配的内存空间字节大小，已经被限定，cpu寄存器的ss段寄存器存放了栈区的段地址， sp寄存器一直指向了栈区的栈顶，是在不断变化的，在进入函数时，函数的局部变量存放在栈区，在函数执行过程中，sp指针不断变化。在调用函数过程中，这个过程需要另外的ep寄存器，专门用来记录此时的ep寄存器的值，目的在sp指针变化时，仍然能够压栈进入的函数参数。

可以细心留一下ep和sp的变化。

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