程式堆和棧區別詳解，char[]和char*區別

　　char *c = "abc"和char c[]="abc"，前者改變其內容程式是會崩潰的，而後者完全正確。

代碼

 1 #include <iostream>
 2 using namespace std;
 3 main()
 4 {
 5    char *c1 = "abc";
 6    char c2[] = "abc";
 7    char *c3 = ( char* )malloc(3);
 8    c3 = "abc";
 9    printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
10    printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
11    printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
12    getchar();
13 } 

 運行結果
　　2293628 4199056 abc
　　2293624 2293624 abc
　　2293620 4199056 abc

 

參考資料：
首先要搞清楚編譯器佔用記憶體的分區形式：

一、程式的記憶體配置
　　 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，存放函數的參數值，局部變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。
　　 2、堆區（heap）：由程式員分配釋放，若程式員不釋放，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鏈表。
 　　3、全域區（靜態區static）：全域變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域變數和靜態變數在一塊地區，未初始化的全域變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊地區。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。
 　　5、程式碼區

 　　這是一個前輩寫的，非常詳細

代碼

 1 //main.cpp
 2   int a=0;    //全域初始化區
 3   char *p1;   //全域未初始化區
 4   main()
 5   {
 6    int b;                //棧 7    char s[]="abc";       //棧
 8    char *p2;             //棧
 9    char *p3="123456";    //123456\0在常量區，p3在棧上
10    static int c=0；      //全域（靜態）初始化區
11    p1 = (char*)malloc(10);
12    p2 = (char*)malloc(20);   //分配得來得10和20位元組的地區就在堆區。
13    strcpy(p1,"123456");      //123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所向"123456"最佳化成一個地方
14   }

 

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，聲明在函數中一個局部變數int b；系統自動在棧中為b開闢空間。
　　 heap: 需要程式員自己申請，並指明大小，在c中用malloc函數。如char * p1=(char*)malloc(10); 在C++中用new運算子。如char * p2 = new char[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出。
 　　堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的鏈表，當系統收到程式的申請時，會遍曆該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閑結點鏈表中刪除，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，代碼中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。最後，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閑鏈表中。

 

2.3 申請大小的限制
 　　棧：在Windows下，棧是向低地址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體的地區。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，總之是一個編譯時間就確定的常數）。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：堆是向高地址擴充的資料結構，是不連續的記憶體地區。這是由於系統是用鏈表來儲存的空閑記憶體位址的，自然是不連續的。鏈表的遍曆方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於電腦系統中有效虛擬記憶體。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。但程式員是無法控制的。
　　 堆：是由new運算子或者malloc函數分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體片段，不過用起來最方便。
 　　另外，在WINDOWS下，最好的方式是用Virtual Alloc分配記憶體，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塊記憶體，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：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中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數。注意靜態變數是不入棧的。當本次函數調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數。最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程式由該點繼續運行。
　　堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容由程式員安排。

 

2.6 存取效率的比較
 　　char s1[]="abcde";
 　　char *s2="edcba";
 　　abcde是在運行時刻賦值的，而edcba是在編譯時間就確定的。但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指標所指向的字串(在文字常量區)快。比如：

 1 #include
 2 voidmain()
 3 {
 4  char a=1;
 5  char c[]="1234567890";
 6  char *p="1234567890";
 7  a = c[1];
 8  a = p[1];
 9  return;
10 }

 對應的彙編代碼：
10:a=c[1];
004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl
11:a=p[1];
0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h]
004010708A4201moval,byteptr[edx+1]
004010738845FCmovbyteptr[ebp-4],al
　　第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到寄存器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，但是自由度小。使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

 

2.8 自我總結
　　 char *c1 = "abc"; 實際上先是在文字常量區分配了一塊記憶體放"abc"，然後在棧上分配一地址給c1並指向這塊地址，然後改變常量"abc"自然會崩潰。然而char c2[] = "abc"，實際上"abc"儲存的地方和上者並不一樣，它也在棧上。可以從4199056 2293624看出，完全是兩塊地方，推斷4199056處於常量區，而2293624處於棧區。
 　　從2293628 2293624 2293620 這段輸出看出三個指標分配的地區為棧區，而且是從高地址到低地址。
 　　從2293620 4199056 abc 看出編譯器將c3最佳化成，C1指向的常量區的同一個 "abc"。

 

3 擴充練習

代碼void main()
{
    char *c1 = "abc";
    char c2[] = "abc";
    char *c3 = ( char* )malloc(3);
    printf("%d\n", &c3);
    cout << reinterpret_cast<unsigned int>((void*)c3) << endl;
    printf("%d\n", c3);
    c3 = "QQQ";
    //strcpy(c3,"abc");
    //c3[0] = 'g';
    printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
    printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
    printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
    getchar();
}

 

 輸出：

說明：

c3 = "QQQ";，這條語句將在文字常量區儲存字串"QQQ"。雖然c3以前指向在堆上分配的3個位元組的空間，但是此語句執行後，c3被重新導向，指向了文字常量區的"QQQ"。c3指標變數（4位元組）本身在堆棧內。

執行c3="QQQ"; 後，不可以採用c3[1] = ‘x’修改字串了。因為文字常量去的字串是不能修改的。

 

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