堆和栈的区别(转经典)

一、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。
  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。   –   程序结束后由系统释放。
  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.cpp  int 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  char *p3   = "123456"; // 123456/0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"); // 123456/0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malloc函数    
  如p1   =   (char   *)malloc(10);    
  在C++中用new运算符    
  如p2   =   new   char[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块内存,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。堆中的具体内容由程序员安排。  

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:  

  #include void main()   
  { char a   =   1; char c[]   = "1234567890"; char *p   ="1234567890";   
    a   =   c[1];   
    a   =   p[1]; return;   
  }   

对应的汇编代码  

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,再根据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。   (经典!) 

关于fork的一道面试题

整理转自:coolshell,一道fork的面试

一道题目:

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

#include<wait.h>

#include<sys/types.h>

int main()

{

    for (int i =0; i < 2;i++)

{

                    fork ();

                   printf("-");

     } 

     wait(NULL);

     return 0;

}

如果对fork的机制比较熟悉的话,该问题并不难,会输出6个’-‘,但是运行一下会发现,很诡异地输出了个’-‘。

先来说说fork的系统调用:

  • fork系统调用事Unix下,自身进程创建子进程的系统调用函数,一次调用,返回两次结果,如果返回值pid_t pid = fork(),子进程返回0,父进程返回子进程的pid。
  • 还有一个比较重要大东西,在fork的调用处,父进程的进程空间,会原封不动的拷贝到子进程中(对,是完全的copy),包括:指令,变量的值,程序调用栈,环境变量,缓冲区。

所以上面的程序会输出8个’-‘,因为printf(“-“);语句有buff,对于上述程序,printf把’-‘放到了缓冲区,并没有输出。来我们举个🌰帮助理解:

int main()

{  

   printf("123");

 //  printf("123\n");

   sleep (3);

  return 0;

}

大家分别去执行下,两个代码就会发现,原来123开始的时候是在缓存区,并没有立即输出,而是在程序退出的那会才输出的。

我们继续:

所以在fork的时候,缓存区被复制到了子进程的的内存空间,所以就多了2个-。

 

聊聊指针

都说c语言的精华就是指针,内存管理了,但是指针对于很多人来说都是非常难的东西,今天就来聊聊各种指针。

  1. 先从简单的开始分析:

 

  • int p:这是一个普通的整型变量。
  • int *p:从变量名p开始,与*结合,所以p是一个指针,在结合前面的int,说明这是一个指向int类型的指针。
  • int p[n]:和之前一样从p变量开始,与[]结合,说明p是一个数组,在看前面 int,说明包含n个int类型整数的数组。
  • int *p[n]:同理,先结合[],因为优先级比*高,所以p是数组,在结合*说明数组里面的元素为指针类型,然后和int结合,说明指针所指向的内容的类型是整数,所以p是一个指向整型数据的指针组成的数组。
  • int (*p)[n]:首先从p开始因为大括号的存在,结合*,说明p是一个指针,然后与[]结合,说明指针指向的内容是一个数组,然后再与int结合,说明数组里的元素是整形的,所以p是一个指向由n个整数组成的数组的指针。(和上一个指针数组需要好好看一下)。
  • int **p:首先p先和第二个*结合,说明p是一个指针,然后再与第一个*结合,说明指针所指向的元素是指针(为了区分起个别名:第二个指针),然后再与int结合,说明第二个指针指向的元素是整型。(后面会有详细解释)
  • int p(int):从p开始,先与()结合,说明p是一个函数,括号里的int,说明p函数有一个参数,是int类型的。 最前面的int,大家肯定都知道了吧,对,那是返回值。
  • int (*p)(int):从p开始,与*结合,说明p是一个指针,在看(*p)这个括号,说明指针指向了的是一个函数,接着后面的(int),相信你们已经想到了。所以p是一个函数指针,函数的返回值为int,并且有一个int类型的参数。

来个变态的看看:int *(*p(int))[n]:本着找到变量名p右为先的原则(这是干货),以及优先级的原则我看到了p(int),对,这是一个函数p,包含一个int类型参数,接着*p(int),说明函数的返回值为一个指针,接着(*p(int))[n],说明返回的指针指向了一个数组,接着               *(*p(int))[n],说明数组里面的元素为指针类型,最后int*(*p(int))[n],就是指针指向的类型为int的意思了。所以,p是一个包含int参数函数,并且函数返回一个指向整形指针数组的指针。

我也晕了,先写这么多吧,做广播体操去了。

回来继续:


 

  • 指针的类型:把指针声明语句中的指针变量名字去掉就是。

比如:int *p 类型就是int *,char *p类型就是char *,int ** 类型就是int*。

  • 指针指向的类型:当我们通过指针来访问指向的内存地址的时候,指针指向的类型决定了编译器要把这块内存里的内容当作什么来处理(int,char..),把指针声明语句中的指针名字和名字右边的*去掉就是指针指向的类型了。

比如:int *p 指针指向的类型就是int,char*p指向的类型就是char,int**p指向的类型就是int*p,this all。

  • 指针的值(指针指向的内存地址):指针的值是指针本身存储的数值,这个值被编译器当作一个地址,而不是一个一般的数值。在32位操作系统中,所有类型的指针的值都是一个32位整数,因为32位程序里内存地址都是32位长,指针所指向的内存区就是从指针的值所代表的那个内存地址,长度为sizeof(类型)的一片区域。所以我们说指针的值是xx,就相当于说该指针指向了以xx为首地址的一片区域,反过来一样。

指针本身占据的内存区:指针本身占了多大的内存,只要用sizeof运算符计算下就ok。其实不管各种指针,sizeof的时候都是4,因为32位系统嘛。


 

指针的计算