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關於全域性變數指標直接 malloc分配記憶體的一些問題

一個對比:

對於語句:
int i = 3

int main()
{
    int j = i;
    ...
}

在編譯時不需要確定區域性變數 j 的值,而是在執行時讀取i 的值來賦給 j. 編譯連線後的可執行檔案中不會存放j 的值,只有相應的賦值語句的程式碼。與此相對的,由於i 是全域性變數,儲存在靜態儲存區,因此在編譯時其值就需要確定其值,在目標檔案中會分配空間來存放 i 的值,執行時不會有賦值語句來給 i 賦值, 沒有對應的程式碼。

而對於語句:
int i = 3;
int j = i;

由於j 是全域性變數,儲存在靜態儲存區,因此也需要在編譯時確定其值。而i 是變數,不是常量,i 的值無法在編譯時確定,這就造成j 的值也無法在編譯時確定,所以C對此就會報錯。而C++採取了另外一種做法,在編譯時簡單的把 j 作為未初始化的全域性變數放入.bss 區,其預設值為0,然後新增一條語句在執行時給 j 賦值,並保證這條語句在 main函式開始之前執行。因此j 的初始化實際上實在執行時完成的。

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。
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。
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 —常量字元

串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放
5、程式程式碼區—存放函式體的二進位制程式碼。

二、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);
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,在棧上的陣列指標所指向的字元串(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元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。

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。