【2017年整理】堆变量和栈变量

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1、全局,静态,new 产生的变量都在堆中动态分配的变量在堆中分配 局部变量在栈里分配函数中声明的变量在栈中 用了 new 标示符在堆中 全局变量和 static 变量都在全局区程序为栈变量分配动态内存,在程序结束时为栈变量分配的空间将自动释放;而为堆变量分配的空间则不会自动释放,若在程序中没有没有释放堆变量,它将一直占用系统内存。堆栈是一种执行“后进先出”算法的数据结构。设想有一个直径不大、一端开口一端封闭的竹筒。有若干个写有编号的小球,小球的直径比竹筒的直径略小。现在把不同编号的小球放到竹筒里面,可以发现一种规律:先放进去的小球只能后拿出来,反之,后放进去的小球能够先拿出来。所以“先进后出”就

2、是这种结构的特点。堆栈就是这样一种数据结构。它是在内存中开辟一个存储区域,数据一个一个顺序地存入(也就是“压入push”)这个区域之中。有一个地址指针总指向最 后一个压入堆栈的数据所在的数据单元,存放这个地址指针的寄存器就叫做堆栈指示器。开始放入数据的单元叫做“栈底”。数据一个一个地存入,这个过程叫做 “压栈”。在压栈的过程中,每有一个数据压入堆栈,就放在和前一个单元相连的后面一个单元中,堆栈指示器中的地址自动加 1。读取这些数据时,按照堆栈指示 器中的地址读取数据,堆栈指示器中的地址数自动减 1。这个过程叫做“弹出 pop”。如此就实现了后进先出的原则。堆栈是计算机中最常用的一种数据结构,比

3、如函数的调用在计算机中是用堆栈实现的。堆栈可以用数组存储,也可以用以后会介绍的链表存储。下面是一个堆栈的结构体定义,包括一个栈顶指针,一个数据项数组。栈顶指针最开始指向-1,然后存入数据时,栈顶指针加 1,取出数据后,栈顶指针减1。#define MAX_SIZE 100typedef int DATA_TYPE;struct stackDATA_TYPE dataMAX_SIZE;int top;在 C+中,内存分成 5 个区,他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。栈,就是那些由编译器在需要的时候分配,在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数

4、参数等。堆,就是那些由 new 分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个 new 就要对应一个 delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。自由存储区,就是那些由 malloc 等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用 free 来结束自己的生命的。全局/静态存储区,全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的 C 语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的,在 C+里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。常量存储区,这是一块比较特殊的存储区,他们里面存放的是常量,不允许修改(当然,你要通过非正当手段也可以修改,而且方

5、法很多.int a; void func(int arg) static int b; int c; void *p; p = (void *)malloc(100); a 在文件中声明是全局变量 b 虽然在函数内声明,但是静态的,所以也在全局数据区 c,p 是函数内声明,是栈变量 arg 是参数,是栈变量 p 指向的空间用 malloc 分配,是堆空间一、预备知识程序的内存分配一个由 c/C+编译的程序占用的内存分为以下几个部分1、栈区(stack) 由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。2、堆区(heap) 一般由程序员分配释放,若程序员不

6、释放,程序结束时可能由 OS 回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表,呵呵。3、全局区(静态区)(static),全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放4、文字常量区 常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放5、程序代码区存放函数体的二进制代码。二、例子程序这是一个前辈写的,非常详细/main.cppint a = 0; 全局初始化区char *p1; 全局未初始化区main()int b; 栈char s = abc; 栈char *p2; 栈

7、char *p3 = 123456; 1234560 在常量区,p3 在栈上。static int c =0; 全局(静态)初始化区p1 = (char *)malloc(10);p2 = (char *)malloc(20);分配得来得 10 和 20 字节的区域就在堆区。strcpy(p1, 123456); 1234560 放在常量区,编译器可能会将它与 p3 所指向的123456优化成一个地方。二、堆和栈的理论知识2.1 申请方式stack:由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为 b 开辟空间heap:需要程序员自己申请,并指明大小,在 c 中

8、 malloc 函数如 p1 = (char *)malloc(10);在 C+中用 new 运算符如 p2 = (char *)malloc(10);但是注意 p1、p2 本身是在栈中的。2.2申请后系统的响应栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块 内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete 语句才能正确的

9、释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的 大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。2.3 申请大小的限制栈:在 Windows 下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的大小是 2M(也有的说是 1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示 overflow。因此,能从栈获得的空间较小。堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地

10、址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。2.4 申请效率的比较:栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。堆是由 new 分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.另外,在 WINDOWS 下,最好的方式是用 VirtualAlloc 分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活2.5 堆和栈中的存储内容栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的 C 编译器中,参

11、数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。2.6 存取效率的比较char s1 = aaaaaaaaaaaaaaa;char *s2 = bbbbbbbbbbbbbbbbb;aaaaaaaaaaa 是在运行时刻赋值的;而 bbbbbbbbbbb 是在编译时就确定的;但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。比如:i ncludevoid mai

12、n()char a = 1;char c = 1234567890;char *p =1234567890;a = c1;a = p1;return;对应的汇编代码10: a = c1;00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr ebp-0Fh0040106A 88 4D FC mov byte ptr ebp-4,cl11: a = p1;0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr ebp-14h00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr edx+100401073 88 45 FC mov byte ptr ebp

13、-4,al第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器 cl 中,而第二种则要先把指针值读到 edx 中,在根据 edx 读取字符,显然慢了。?2.7 小结:堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。堆和栈的区别主要分:操作系统方面的堆和栈,如上面说的那些,不多说了。还有就是数据结构方面的堆和栈,这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是(满足堆性质的)

14、优先队列的一种数据结构,第 1 个元素有最高的优先权;栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。虽然堆栈,堆栈的说法是连起来叫,但是他们还是有很大区别的,连着叫只是由于历史的原因。java 的栈和堆的区别栈(stack)与堆(heap)都是 Java 用来在 Ram 中存放数据的地方1. 栈(stack)与堆(heap)都是 Java 用来在 Ram 中存放数据的地方。与 C+不同,Java 自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。2. 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于 CPU 中的寄存器。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据可以共

15、享,详见第 3 点。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java 的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要 在运行时动态分配内存,存取速度较慢。3. Java 中的数据类型有两种。一种是基本类型(primitive types), 共有 8 种,即 int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,并没有 string 的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如 int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的,称为自动变量。值得注意的是,自动变量存的是字面值,不是类的实例,即

16、不是类的引用,这里并没有类的存在。如 int a = 3; 这里的 a 是一个指向 int 类型的引用,指向3 这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于栈中。另外,栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义:int a = 3;int b = 3;编译器先处理 int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为 a 的引用,然后查找有没有字面值为 3 的地址,没找到,就开辟一个存放 3 这个字面值的地址,然后将 a 指向 3 的地址。接着处理 int b = 3;在创建完 b 的引用变量后,由于在栈中已经有 3 这个字面值,便将 b 直接指向 3 的地址。这样,就出现了 a 与b 同时均指向 3 的情况。特别注意的是,

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