陣列申請背後的棧和堆操作

阿新 • • 發佈：2019-01-17

堆和棧的區別

一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分

1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其
操作方式類似於資料結構中的棧。

！棧區的大小是受到限制的，當建立一個任務的時候，需要設定，如果使用超過了棧的大小，程式會跑死或者跑飛，而沒有相應的提示，所以使用要小心！
2、堆區（heap） — 一般由程式設計師分配釋放，若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回
收。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於連結串列，呵呵。

它與程式的生命週期相同，不像定義的函式內的引數，函式結束就結束了，所以它是全域性的；
3、全域性區（靜態區）（static）—，全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的

全域性變數和靜態變數在一塊區域，未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另
一塊區域。 - 程式結束後由系統釋放。
4、文字常量區 —常量字串就是放在這裡的。程式結束後由系統釋放;如：char *ptr=“ABC”,ptr在stack中，ABC則就在文字常量區。
5、程式程式碼區—存放函式體的二進位制程式碼。

二、例子程式

這是一個前輩寫的，非常詳細
//main.cpp
int a = 0; 全域性初始化區
char *p1; 全域性未初始化區
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；全域性（靜態）初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。
strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
}

三、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

stack:
由系統自動分配。例如，宣告在函式中一個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間
heap:
需要程式設計師自己申請，並指明大小，在c中malloc函式
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算子

如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2申請後系統的響應

棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢位。
堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式的申請時，會遍歷該連結串列，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連結串列中刪除，並將該結點的空間分配給程式，另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，程式碼中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。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連結串列中。

2.3申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。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：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列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記憶體。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：

棧由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。
堆是由new分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧是直接在程序的地址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

2.5堆和棧中的儲存內容

棧：在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函式的各個引數，在大多數的C編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。
當本次函式呼叫結束後，區域性變數先出棧，然後是引數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函式中的下一條指令，程式由該點繼續執行。
堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

2.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；
但是，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。
比如：
＃i nclude
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
對應的彙編程式碼
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
第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中，而第二種則要先把指標值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。

2.7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裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，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，但自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。
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全域性變數或者靜態變數，它們都放在堆裡的
區域性變數放在棧裡的
堆區,也叫自由儲存區.

為什麼說在堆上分配記憶體比在棧上分配記憶體慢？堆空間的開闢需要用系統函式，棧上直接修改指標
堆空間的管理需要系統記帳，棧上的空間可以由編譯器管理或是儲存在某個處理器暫存器中。
堆空間的釋放需要系統管理，棧上的釋放可以直接丟棄。堆空間需要通過棧上的指標間接引用，所以訪問會慢

記得在apue2上面看到關於執行緒中有這樣一段話,大致意思是,一個執行緒有自己的堆疊,可以在堆疊上分配記憶體,比如說一個結構體,如果這個執行緒呼叫了pthread_exit()返回這個結構體指標的時候之後要特別的小心,因為很有可能這個結構體裡面的成員值發生改變,這個可以理解,因為同一個程序所有執行緒的資源是共享的,當這個執行緒退出之後那部分以前用過的堆疊很可能被其它執行緒佔用,但同時又說如果malloc就不會出現這樣的問題,

比如，在棧上分一個int，只要esp-4就可以了，
在堆上系統要記錄被分配記憶體的資訊，以便釋放
BTW:
棧有序
堆無序

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記憶體分配方式有三種：

   1.從靜態儲存區域分配。記憶體在程式編譯的時候就已經分配好，這塊記憶體在程式的整個執行期間都存在。例如全域性變數，static變數。

   2.在棧上建立。在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。

   3.從堆上分配，亦稱動態記憶體分配。程式在執行的時候用malloc或new申請任意多少的記憶體，程式設計師自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。

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一般所說的堆疊（stack)往往是指棧，先進後出，它是一塊記憶體區。用以存放程式的區域性變數，臨時變數，函式的引數，返回地址等。在這塊區域中的變數的分配和釋放由系統自動進行。不需要使用者的參與。
而在堆(heap,先進先出)上的空間則是由使用者進行分配，並由使用者負責釋放。

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字元陣列，字元指標，Sizeof總結 1.以字串形式出現的，編譯器都會為該字串自動新增一個0作為結束符，如在程式碼中寫 "abc",那麼編譯器幫你儲存的是"abc\0" 2."abc"是常量嗎？答案是有時是，有時不是。
不是常量的情況："abc"作為字元陣列初始值的時候就不是，如 char str[] = "abc"; 因為定義的是一個字元陣列，所以就相當於定義了一些空間來存放"abc"，而又因為字元陣列就是把字元一個一個地存放的，所以編譯器把這個語句解析為 char str[3] = {'a','b','c'}; 又根據上面的總結1，所以 char str[] = "abc";的最終結果是 char str[4] = {'a','b','c','\0'};做一下擴充套件，如果char str[] = "abc";是在函式內部寫的話，那麼這裡的"abc\0"因為不是常量，所以應該被放在棧上。是常量的情況：把"abc"賦給一個字元指標變數時，如 char* ptr = "abc"; 因為定義的是一個普通指標，並沒有定義空間來存放"abc"，所以編譯器得幫我們找地方來放"abc"，顯然，把這裡的"abc"當成常量並把它放到程式的常量區是編譯器最合適的選擇。所以儘管ptr的型別不是const char*，並且ptr[0] = 'x';也能編譯通過，但是執行ptr[0] = 'x';就會發生執行時異常，因為這個語句試圖去修改程式常量區中的東西。記得哪本書中曾經說過char* ptr = "abc";這種寫法原來在c++標準中是不允許的，但是因為這種寫法在c中實在是太多了，為了相容c，不允許也得允許。雖然允許，但是建議的寫法應該是const char* ptr = "abc";這樣如果後面寫ptr[0] = 'x'的話編譯器就不會讓它編譯通過，也就避免了上面說的執行時異常。又擴充套件一下，如果char* ptr = "abc";寫在函式體內，那麼雖然這裡的"abc\0"被放在常量區中，但是ptr本身只是一個普通的指標變數，所以ptr是被放在棧上的，只不過是它所指向的東西被放在常量區罷了。 3.陣列的型別是由該陣列所存放的東西的型別以及陣列本身的大小決定的。如char s1[3]和char s2[4]，s1的型別就是char[3]，s2的型別就是char[4]，也就是說盡管s1和s2都是字元陣列，但兩者的型別卻是不同的。 4.字串常量的型別可以理解為相應字元常量陣列的型別，如"abcdef"的型別就可以看成是const char[7] 5.sizeof是用來求型別的位元組數的。如int a;那麼無論sizeof(int)或者是sizeof(a)都是等於4，因為sizeof(a)其實就是sizeof(type of a) 6.對於函式引數列表中的以陣列型別書寫的形式引數，編譯器把其解釋為普通的指標型別，如對於void func(char sa[100],int ia[20],char *p) 則sa的型別為char*，ia的型別為int*，p的型別為char*

7.根據上面的總結，來實戰一下：

對於char str[] = "abcdef";就有sizeof(str) == 7,因為str的型別是char[7]，也有sizeof("abcdef") == 7，因為"abcdef"的型別是const char[7]。對於char *ptr = "abcdef";就有sizeof(ptr) == 4，因為ptr的型別是char*。對於char str2[10] = "abcdef";就有sizeof(str2) == 10，因為str2的型別是char[10]。對於void func(char sa[100],int ia[20],char *p); 就有sizeof(sa) == sizeof(ia) == sizeof(p) == 4，因為sa的型別是char*，ia的型別是int*，p的型別是char*。
========= 全域性指標：使用一個全域性指標，的確能夠做到你要求的按需變大。那麼為什麼還是經常出現定義一個固定大小緩衝區的寫法呢？
我們要知道，main（我們就以簡單的c程式為例）是程式的入口函式，但是我們知道我們可以定義全域性變數，那麼這些全域性變數又是有誰來初始化的呢？這是由c的執行時庫的啟動函式來實現的。也就是說，在我們執行main之前，如果我們定義了一個數組，那麼這個陣列的空間就被分配好了。如果沒有分配好，而是使用malloc在程式執行中動態建立的話，我們可能會遇到兩種情況：
（1）malloc分配失敗而造成程式崩潰。
（2）由於malloc的分配過程影響程式效能。
排除這兩種情況的話，用全域性指標沒有問題。不過記得初始化為NULL 不過除上面兩種情況外，還有以下麻煩：

1.它們兩者存取的區域不同，buffer是儲存在程式段，malloc出來的是在堆中，這樣實際效率是不同的，反覆的malloc free會引起記憶體碎片，降低程式的效能
2.全域性buffer如果是指標,需要防止空指標野指標的防護措施,適用範圍較廣的話代價也較高,因此最好我們使用陣列所以，全域性變數最好用陣列；要不然，你就得考慮以上很多的問題。

陣列申請背後的棧和堆操作

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二、例子程式

三、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

2.2申請後系統的響應

2.3申請大小的限制

2.4申請效率的比較：

2.5堆和棧中的儲存內容

2.6存取效率的比較

2.7小結：

記憶體分配方式有三種：

7.根據上面的總結，來實戰一下：

陣列申請背後的棧和堆操作

C#中的棧和堆、值型別與引用型別、值引數、引用引數、輸出引數、引數陣列

初學者對java陣列中棧和堆的認識

JAVA中陣列的記憶體（棧和堆）

棧和堆最大可以申請的記憶體數

棧和堆

【轉】數據結構中棧和堆---內存分配中棧和堆

愛創課堂每日一題第二十六天-2017/9/28 棧和堆的區別？

數據結構的棧和堆和程序中的堆和棧

棧和堆區的區別等

Java中棧和堆的區別

值類型和引用類型在棧和堆中的分配

JVM棧和堆的詳解

棧和堆有什麽不同之處

（基礎篇）淺析JAVA中的棧和堆

Java中的記憶體分配以及棧和堆的區別

從棧和堆中來看值傳遞和引用傳遞

Java中的棧和堆

java中的字串常量池，棧和堆的概念

java基本資料型別和引用資料型別及其存放地址（棧和堆）

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2.2申請後系統的響應

2.3申請大小的限制

2.4申請效率的比較：

2.5堆和棧中的儲存內容

2.6存取效率的比較

2.7小結：

記憶體分配方式有三種：

7.根據上面的總結，來實戰一下：

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