明确区分堆与栈(zz)

  明确区分堆与栈


    在bbs上,堆与栈的区分问题,似乎是一个永恒的话题,由此可见,初学者对此往往是
混淆不清的,所以我决定拿他第一个开刀。
    首先,我们举一个例子:
    void f() { int* p=new int[5]; }
    这条短短的一句话就包含了堆与栈,看到new,我们首先就应该想到,我们分配了一块
堆内存,那么指针p呢?他分配的是一块栈内存,所以这句话的意思就是:在栈内存中存放
了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小,然后调用
operator
new分配内存,然后返回这块内存的首地址,放入栈中,他在VC6下的汇编代码如下:
    00401028   push        14h
    0040102A   call        operator new (00401060)
    0040102F   add         esp,4
    00401032   mov         dword ptr [ebp-8],eax
    00401035   mov         eax,dword ptr [ebp-8]
    00401038   mov         dword ptr [ebp-4],eax
    这里,我们为了简单并没有释放内存,那么该怎么去释放呢?是delete p么?澳,错了
,应该是delete []p,这是为了告诉编译器:我删除的是一个数组,VC6就会根据相应的
Cookie信息去进行释放内存的工作。
    好了,我们回到我们的主题:堆和栈究竟有什么区别?
    主要的区别由以下几点:
    1、管理方式不同;
    2、空间大小不同;
    3、能否产生碎片不同;
    4、生长方向不同;
    5、分配方式不同;
    6、分配效率不同;
    管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放
工作由程序员控制,容易产生memory leak。
    空间大小:一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存
几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下
面,默认的栈空间大小是1M(好像是,记不清楚了)。当然,我们可以修改:
    打开工程,依次操作菜单如下:Project->Setting->Link,在Category 中选中Output
,然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。
注意:reserve最小值为4Byte;commit是保留在虚拟内存的页文件里面,它设置的较大会使
栈开辟较大的值,可能增加内存的开销和启动时间。

碎片问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的
碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因为栈是先进后出的队列,他
们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在
他上面的后进的
栈内容已经被弹出,详细的可以参考数据结构,这里我们就不再一一讨论了。
    生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈
来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。
    分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动
态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配
,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现

分配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存
器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。堆则是
C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的
算法(具体的算法可?
圆慰际萁峁?操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空
间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这
样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

从这里我们可以看到,堆和栈相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的内存碎片
;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请
,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成
,函数调用过程
中的参数,返回地址,EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈
,而不是用堆。
    虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空
间,还是用堆好一些。

无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要
么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果,就算是在你的程序运
行过程中,没有发生上面的问题,你还是要小心,说不定什么时候就崩掉,那时候debug可
是相当困难的:)

    对了,还有一件事,如果有人把堆栈合起来说,那它的意思是栈,可不是堆,呵呵,清
楚了?

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