[轉]預備知識—程式的記憶體配置

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因為經典，所以轉寄。

一、預備知識—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）   —   一般由程式員分配釋放，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—存放函數體的二進位代碼。

  二、例子程式

   
  這是一個前輩寫的，非常詳細   

//main.cpp   int   a   =   0;                       // 全域初始化區   char   *p1;                           // 全域未初始化區   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（靜態）初始化區       p1   =   (char   *)malloc(10);       p2   =   (char   *)malloc(20);      // 分配得來得10和20位元組的地區就在堆區。        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"  最佳化成一個地方。    }

  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malloc函數   
  如p1   =   (char   *)malloc(10);   
  在C++中用new運算子   
  如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。 
  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，而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VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧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後的下一條指令（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[]   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";     char   *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb";   

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；而bbbbbbbbbbb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(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;     }   

對應的彙編代碼  

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，再根據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。   (經典！) 

分類: 堆棧

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