總是聽說編譯的時候什麼堆啊,棧啊之類的。以前學數據結構的時候用過,棧比較常用,像搜索類的算法題都是要用到棧的。還有表達式計算也是。至於堆的話,排序的時候用的比較多。關於這方面,網上已經講了很多了,下面把我看到比較好的,總結下。
一般我們編譯的C代碼中在內存中分下面幾個區:
1、棧區(stack):由編譯器自動分配釋放 ,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。
2、堆區(heap):一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鏈表。比如malloc, free。
3、全局區(靜態區)(static):全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域,未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束後由系統釋放。
4、文字常量區:常量字符串就是放在這裏的,程序結束後由系統釋放 。
5、程序代碼區: 存放函數體的二進制代碼。
還是看個例子,加深下印象吧:
1. int a = 0; //全局初始化區
2. char*p1; //全局未初始化區
3. int main()
4. {
5. int b; //棧
6. char s[] = "abc"; //棧
7. char *p2; //棧
8. char *p3 ="123456"; //123456\0在常量區,p3在棧上。
9. static intc =0; //全局(靜態)初始化區
10. p1 = (char *)malloc(10); //堆
11. p2 = (char *)malloc(20); //堆
12. return 0;
13. }
int a = 0; //全局初始化區
char*p1; //全局未初始化區
int main()
{
int b; //棧
char s[] = "abc"; //棧
char *p2; //棧
char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區,p3在棧上。
static int c =0; //全局(靜態)初始化區
p1 = (char *)malloc(10); //堆
p2 = (char *)malloc(20); //堆
return 0;
}
堆和棧的理論知識如下:
1.申請方式
stack:
由系統自動分配。 例如,聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間
heap:
需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc函數
如p1 = (char*)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = newchar[20];//(char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。
2.申請後系統的響應
棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將爲程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。
3.申請大小的限制
棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在 WINDOWS下,棧的大小是2M(也有的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。
堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
4.申請效率的比較
棧由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。
堆是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧,而是直接在進程的地址空間中保留一快內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活
5.堆和棧中的存儲內容
棧: 在函數調用時,第一個進棧的是主函數中函數調用後的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址,然後是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧的,然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。
當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。
堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。
6.存取效率的比較
char s1[] ="aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 ="bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;
但是,在以後的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。
比如:
1. int main()
2. {
3. chara = 1;
4. char c[] = "1234567890";
5. char *p ="1234567890";
6. a = c[1];
7. a = p[1];
8. return 0;
9. }
int main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return 0;
}
對應的彙編代碼
1. 10:a =c[1];
2. 00401067 8A4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
3. 0040106A 884D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
4. 11:a =p[1];
5. 0040106D 8B55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
6. 00401070 8A42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
7. 00401073 8845 FC mov byte ptr [ebp-4],al
10: a =c[1];
00401067 8A4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 884D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a =p[1];
0040106D 8B55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 8845 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中,而第二種則要先把指針值讀到edx中,在根據edx讀取字符,顯然慢了。
7.小結:
堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:
使用棧就象我們去飯館裏喫飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和喫(使用),喫飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡喫的菜餚,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。
堆棧是一種存儲部件,即數據的寫入跟讀出不需要提供地址,而是根據寫入的順序決定讀出的順序
一個位於磁盤中的可執行程序是如何被執行的.
(1) 程序被執行時, 操作系統將可執行模塊拷貝到內存的程序映像(program image)中去.
(2) 正在執行的程序實例被稱爲進程: 當操作系統向內核數據結構中添加了適當的信息, 併爲運行程序代碼分配了必要的資源之後, 程序就變成了進程. 這裏所說的資源就包括分配給進程的地址空間和至少一個被稱爲線程(thread)的控制流.上面只是大而化之地介紹了程序是如何轉化爲進程的, 這裏關注的是內存程序映像. 在第(1)步中, 操作系統將可執行模塊由硬盤拷貝到內存的程序映像中, 程序映像的一般佈局如下:
從低地址到高地址依次爲下列段:
1.代碼段(Code or Text):代碼段由程序中的機器碼組成。在C語言中,程序語句進行編譯後,形成機器代碼。在執行程序的過程中,CPU的程序計數器指向代碼段的每一條代碼,並由處理器依次運行。
2.只讀數據段(RO data):只讀數據段是程序使用的一些不會被更改的數據,使用這些數方式類似查表式的操作,由於這些變量不需要更改,因此只需要放置在只讀存儲器中即可。
3.已初始化讀寫數據段(RW data):已初始化數據是在程序中聲明,並且具有初值的變量,這些變量需要佔用存儲器的空間,在程序執行時它們需要位於可讀寫的內存區域內,並具有初值,以供程序運行時讀寫。
4.未初始化讀寫數據段(BSS):未初始化讀寫據是在程序中聲明,但是沒有初始化的變量,這些變量在程序運行之前不需要佔用存儲器的空間。
5.堆(heap):堆內存只在程序運行時出現,一般由程序員分配和釋放。在具有操作系統的情況下,如果程序員沒釋放,操作系統可以在程序結束後回收內存。
6.棧(stack):棧內存只在程序運行時出現,在函數內部使用的變量,函數的參數以及返回值將使用棧空間,棧空間由編譯器自動分配和釋放。
另外, 在高地址還儲存了命令行參數及環境變量。
下面看看一個簡單的例子吧還是:
1. const char ro[ ] = {"this is read onlydata"}; //只讀數據區
2. static char rw_1[ ] ={"this is globalread write data"}; //已初始化讀寫數據段
3. char BSS_1[ 100]; //未初始化數據段
4. const char *ptrconst ="constantdata"; //字符串放在只讀取數據段
5. int main()
6. {
7. short b; //在棧上,佔用2個字節
8. char a[100]; //在棧上開闢100個字節,工的值是其首地址
9. char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上,佔用4個字節
10. //"abcdefg"本身放置在只讀數據存儲區,佔8個字節
11. char *p1; //p1在棧上,佔用4個字節
12. char *p2="123456"; //p2 在棧上,p2指向的內容不能改,
13. //“123456”在只讀數據區
14.
15. static char rw_2[ ]={"this is local read write data"}; //局部已初始化讀寫數據段
16. static char BSS_2[100]; //局部未初始化數據段
17. static intc = 0; //全局(靜態)初始化區
18. p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配內存區域在堆區
19. strcpy(p1,"xxxx"); //“XXXX”放在只讀數據區,佔5個字節
20. free(p1); //使用free釋放p1所指向的內存
21.
22. return 0;
23. }
24.
const char ro[ ] = {"this is read onlydata"}; //只讀數據區
static char rw_1[ ] ={"this is globalread write data"}; //已初始化讀寫數據段
char BSS_1[ 100]; //未初始化數據段
const char *ptrconst ="constantdata"; //字符串放在只讀取數據段
int main()
{
short b; //在棧上,佔用2個字節
char a[100]; //在棧上開闢100個字節,工的值是其首地址
char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上,佔用4個字節
//"abcdefg"本身放置在只讀數據存儲區,佔8個字節
char *p1; //p1在棧上,佔用4個字節
char *p2="123456"; //p2 在棧上,p2指向的內容不能改,
//“123456”在只讀數據區
static char rw_2[ ]={"this is local read write data"}; //局部已初始化讀寫數據段
static char BSS_2[100]; //局部未初始化數據段
static int c = 0; //全局(靜態)初始化區
p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配內存區域在堆區
strcpy(p1,"xxxx"); //“XXXX”放在只讀數據區,佔5個字節
free(p1); //使用free釋放p1所指向的內存
return 0;
}
基於上面的例子和理論知識,相信對於我們寫的代碼放在內存的那裏,應該一目瞭然了。