关于c语⾔中栈和堆释放的问题
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
string st;
cin>>st;
int len;
return在c语言中是什么意思len=st.size();
int i;
for(i=len-1;i>=0;i--)
cout<<st[i];
st[i]='\0';
system("pause");
return 0;
}
C#值类型有:结构体、整型、浮点型、decimal、bool型、枚举、可空类型。
栈上分配内存和回收都是⾃动的,不⽤程序员来处理
堆上分配内存有系列的函数或操作符
如c的 malloc vs free
c++的 new vs delete
这些内存的分配和释放由程序员来负责
引⽤的长篇⼤论开始了:
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,⽽且⽅法很多,在《const的思考》⼀⽂中,我给出了6种⽅法)明确区分堆与栈
在bbs上,堆与栈的区分问题,似乎是⼀个永恒的话题,由此可见,初学者对此往往是混淆不清的,所以我决定拿他第⼀个开⼑。
⾸先,我们举⼀个例⼦:
void f() { int* p=new int[5]; }
这条短短的⼀句话就包含了堆与栈,看到new,我们⾸先就应该想到,我们分配了⼀块堆内存,那么指针p呢?他分配的是⼀块栈内存,所以这句话的意思就是:在栈内存中存放了⼀个指向⼀块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的⼤⼩,然后调⽤operator new分配内存,然后返回这块内存的⾸地址,放⼊栈中,他在VC6下的汇编代码如下:
00401028 push 14h
0040102A call operator new (00401060)
0040102F add esp,4
00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax
00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]
00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax
这⾥,我们为了简单并没有释放内存,那么该怎么去释放呢?是delete p么?澳,错了,应该是delete []p,这是为了告诉编译器:我删除的是⼀个数组,VC6就会根据相应的Cookie信息去进⾏释放内存的⼯作。
好了,我们回到我们的主题:堆和栈究竟有什么区别?
主要的区别由以下⼏点:
1、管理⽅式不同;
2、空间⼤⼩不同;
3、能否产⽣碎⽚不同;
4、⽣长⽅向不同;
5、分配⽅式不同;
6、分配效率不同;
管理⽅式:对于栈来讲,是由编译器⾃动管理,⽆需我们⼿⼯控制;对于堆来说,释放⼯作由程序员控制,容易产⽣memory leak。
空间⼤⼩:⼀般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个⾓度来看堆内存⼏乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,⼀般都是有⼀定的空间⼤⼩的,例如,在VC6下⾯,默认的栈空间⼤⼩是1M(好像是,记不清楚了)。当然,我们可以修改:
打开⼯程,依次操作菜单如下:Project->Setting->Link,在Category 中选中Output,然后在Reserve中设定堆栈的最⼤值和commit。
注意:reserve最⼩值为4Byte;commit是保留在虚拟内存的页⽂件⾥⾯,它设置的较⼤会使栈开辟较⼤的值,可能增加内存的开销和启动时间。
碎⽚问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从⽽造成⼤量的碎⽚,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因为栈是先进后出的队列,他们是如此的⼀⼀对应,以⾄于永远都不可能有⼀个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上⾯的后进的栈内容已经被弹出,详细的可以参考数据结构,这⾥我们就不再⼀⼀讨论了。
⽣长⽅向:对于堆来讲,⽣长⽅向是向上的,也就是向着内存地址增加的⽅向;对于栈来讲,它的⽣长⽅向是向下的,是向着内存地址减⼩的⽅向增长。
分配⽅式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配⽅式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,⽐如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进⾏分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进⾏释放,⽆需我们⼿⼯实现。
分配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供⽀持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执⾏,这就决定了栈的效率⽐较⾼。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配⼀块内存,库函数会按照⼀定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可⽤的⾜够⼤⼩的空间,如果没有⾜够⼤⼩的空间(可能是由于内存碎⽚太多),就有可能调⽤系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到⾜够⼤⼩的内存,然后进⾏返回。显然,堆的效率⽐栈要低得多。
从这⾥我们可以看到,堆和栈相⽐,由于⼤量new/delete的使⽤,容易造成⼤量的内存碎⽚;由于没有专门的系统⽀持,效率很低;由于可能引发⽤户态和核⼼态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应⽤最⼴泛的,就算是函数的调⽤也利⽤栈去完成,函数调⽤过程中的参数,返回地址,EBP和局部变量都采⽤栈的⽅式存放。所以,我们推荐⼤家尽量⽤栈,⽽不是⽤堆。
虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相⽐不是那么灵活,有时候分配⼤量的内存空间,还是⽤堆好⼀些。
⽆论是堆还是栈,都要防⽌越界现象的发⽣(除⾮你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产⽣以想不到的结果,就算是在你的程序运⾏过程中,没有发⽣上⾯的问题,你还是要⼩⼼,说不定什么时候就崩掉,那时候debug可是相当困难的:)
对了,还有⼀件事,如果有⼈把堆栈合起来说,那它的意思是栈,可不是堆,呵呵,清楚了?
还有如下的解释:
堆(heap)和栈(stack)有什么区别??
简单的可以理解为:
heap:是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向⾼增长的。
stack:是⾃动分配变量,以及函数调⽤的时候所使⽤的⼀些空间。地址是由⾼向低减少的。
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.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 = (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快内存,虽然⽤起来最不⽅便。但是速度,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:
#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)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
堆就是你⽤new ,malloc分配的,动态分配,需要析构,否则造成内存泄露
栈,是由计算机管理的,不⽤⽤户显⽰的析构,
alloca是在栈上分配内存!
⽐如:
Student s;//这是在栈上
Student * s = new Student()//这是在堆上@!
delete s;//析构在堆上的对象!
只要记住:
堆:内存的分配和释放是开发⼈员⾃⼰维护的;
char* p = (char*)malloc(10); //堆上分配
free p; //堆上释放,不能忘记,否则内存泄露。
栈:内存的分配和释放是机器⾃⼰维护,不需要开发⼈员关⼼。    int i; //栈上分配,离开作⽤域,i的占⽤的内存⾃动释放。
就可以了。