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snowboy9859金蟲 (正式寫手)
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【分享】堆和棧的區(qū)別 已有8人參與
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一、預(yù)備知識—程序的內(nèi)存分配 一個(gè)由c/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分 1、棧區(qū)(stack)— 由編譯器自動(dòng)分配釋放 ,存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。 2、堆區(qū)(heap) — 一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事,分配方式倒是類似于鏈表,呵呵。 3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)—,全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。 - 程序結(jié)束后有系統(tǒng)釋放 4、文字常量區(qū)—常量字符串就是放在這里的。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放 5、程序代碼區(qū)—存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。 二、例子程序 這是一個(gè)前輩寫的,非常詳細(xì) //main.cpp int a = 0; 全局初始化區(qū) char *p1; 全局未初始化區(qū) main() { int b; 棧 char s[] = "abc"; 棧 char *p2; 棧 char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區(qū),p3在棧上。 static int c =0; 全局(靜態(tài))初始化區(qū) p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); 分配得來得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。 strcpy(p1, "123456" ; 123456\0放在常量區(qū),編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。 } 二、堆和棧的理論知識 2.1申請方式 stack: 由系統(tǒng)自動(dòng)分配。 例如,聲明在函數(shù)中一個(gè)局部變量 int b; 系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開辟空間 heap: 需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數(shù) 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運(yùn)算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在棧中的。 2.2 申請后系統(tǒng)的響應(yīng) 棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存,否則將報(bào)異常提示棧溢出。 堆:首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表,當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時(shí), 會遍歷該鏈表,尋找第一個(gè)空間大于所申請空間的堆結(jié)點(diǎn),然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除,并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序,另外,對于大多數(shù)系統(tǒng),會在這塊內(nèi)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(nèi)存空間。另外,由于找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請的大小,系統(tǒng)會自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 2.3申請大小的限制 棧:在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅5淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的,在WINDOWS下,棧的大小是2M(也有的說是1M,總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù)),如果申請的空間超過棧的剩余空間時(shí),將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。 堆:堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的,自然是不連續(xù)的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。 2.4申請效率的比較: 棧由系統(tǒng)自動(dòng)分配,速度較快。但程序員是無法控制的。 堆是由new分配的內(nèi)存,一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內(nèi)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(nèi)存,他不是在堆,也不是在棧是直接在進(jìn)程的地址空間中保留一快內(nèi)存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。 2.5堆和棧中的存儲內(nèi)容 棧: 在函數(shù)調(diào)用時(shí),第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令(函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址,然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù),在大多數(shù)的C編譯器中,參數(shù)是由右往左入棧的,然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。 當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后,局部變量先出棧,然后是參數(shù),最后棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數(shù)中的下一條指令,程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。 堆:一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。 2.6存取效率的比較 char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; aaaaaaaaaaa是在運(yùn)行時(shí)刻賦值的; 而bbbbbbbbbbb是在編譯時(shí)就確定的; 但是,在以后的存取中,在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?例如堆)快。 比如: #include void main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char *p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return; } 對應(yīng)的匯編代碼 10: a = c[1]; 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 11: a = p[1]; 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al 第一種在讀取時(shí)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(jù)edx讀取字符,顯然慢了。 2.7小結(jié): 堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出: 使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點(diǎn)菜(發(fā)出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準(zhǔn)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(dòng)手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。 |

金蟲 (正式寫手)
金蟲 (正式寫手)
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有一點(diǎn)我個(gè)人認(rèn)為不太對。那就是stack比heap快。LZ的分析是要說明,heap有申請的過程,這個(gè)過程占了時(shí)間。所以heap慢。但我認(rèn)為這是stack在作弊。因?yàn)閟tack的空間是已經(jīng)自動(dòng)分配好了的,所以,如果去除了這個(gè)環(huán)節(jié),連個(gè)的速度應(yīng)該不相上下。(我沒有實(shí)際測試)所以,如果我們預(yù)先分配一塊內(nèi)存,當(dāng)需要用heap的時(shí)候,從這個(gè)已經(jīng)分配好的內(nèi)存里劃分一塊出來,那么,結(jié)果又如何呢? 至于最后的匯編分析,我想可能是因?yàn)榇a沒有優(yōu)化的結(jié)果。造成指針變量有一個(gè)加載的過程。但這不應(yīng)該是heap慢的原因。 |
金蟲 (職業(yè)作家)

金蟲 (職業(yè)作家)
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從程序員的角度,heap和鏈表沒有任何關(guān)系,程序員是無法通過heap中使用的第一個(gè)內(nèi)存區(qū)域遍歷其他所有區(qū)域的。只能說某些OS使用類似鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理內(nèi)存。 這個(gè)說法是不準(zhǔn)確的,stack的空間是在線程創(chuàng)建的時(shí)候就commit好的,入棧操作只是棧頂指針的改變,不存在開辟空間的問題。 其實(shí)C++中也是可以用malloc分配內(nèi)存的。malloc和new的區(qū)別在于new會自動(dòng)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)而malloc不會。 stack的大小不是OS規(guī)定的,而是編譯時(shí)由編譯器確定的。樓主所說的2M或者1M應(yīng)該是某種編譯器的默認(rèn)stack大小吧。要調(diào)整stack的大小只需要編譯時(shí)指定適當(dāng)?shù)木幾g參數(shù)就可以了。不過通常編譯器的默認(rèn)stack大小是足夠的,如果程序中出現(xiàn)stack overflow一般都是代碼或算法的問題 heap的大小并非只是受限于虛擬內(nèi)存大小,還與OS等有關(guān)。比如windows下默認(rèn)的用戶態(tài)內(nèi)存空間為2GB,也就意味著就算系統(tǒng)有2GB以上的虛擬內(nèi)存,程序員也只能獲得<2GB的Heap空間。ps:貌似沒有鏈表一定是不連續(xù)的說法,鏈表的內(nèi)存空間也有可能連續(xù),只是鏈表不要求內(nèi)存是連續(xù)的,是否連續(xù)對鏈表來說沒有影響。 1.對于用寄存器傳遞返回值的系統(tǒng)來說,主調(diào)函數(shù)的下一條指令地址是最先進(jìn)棧的。但對于用stack傳遞返回值的系統(tǒng)來說,返回值是最先進(jìn)棧的。 2.棧頂指針指向主調(diào)函數(shù)中下一條指令的地址并不會讓程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行,而是要將該地址出棧,送入(E)IP寄存器中。 一個(gè)字節(jié)顯然是不夠存放heap的大小的。 這段代碼對比的顯然不是內(nèi)存IO的速度,而只是尋址的效率問題。 如果把上面的代碼char *p ="1234567890";改為char *p=c;顯然p所指向的內(nèi)存也是在stack中的。按照樓主的說法,修改后對p[1]的訪問就會變快。但顯然修改后對p[1]的尋址方式和修改前是一樣的,也就是說對p[1]的訪問速度是不變的。 [ Last edited by magic7004 on 2010-6-2 at 09:11 ] |

木蟲 (著名寫手)

新蟲 (正式寫手)

新蟲 (初入文壇)
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