长春省妇幼网站做四维,学校网站系统破解版,永修建设局网站,wordpress已卸载插件数据C语言中堆和栈的区别
一.引言#xff1a;
可执行程序在存储时#xff08;没有调到内存#xff09;分为代码区#xff08;text#xff09;、数据区#xff08;data#xff09;和未初始化数据区#xff08;bss#xff09;3个部分。
#xff08;1#xff09;代码区
可执行程序在存储时没有调到内存分为代码区text、数据区data和未初始化数据区bss3个部分。
1代码区text segment。存放CPU执行的机器指令。通常代码区是可共享的即另外的执行程序可以调用它因为对于频繁被执行的程序只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的使其只读的原因是防止程序意外地修改它的指令。另外代码区还规划了局部变量的相关信息。
2全局初始化数据区/静态数据区initialized data segment/data segment。该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、静态变量包括全局静态变量和局部静态变量和常量数据如字符串常量。
3未初始化数据区BSS区uninitialized data segment存入的是全局未初始化变量、未初始化的静态变量。BSS区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为0或者空指针NULL。
上图表示可执行代码存储时结构和运行时结构的对照图。一个正在运行着的C编译程序占用的内存分为代码区、初始化数据区、未初始化数据区、堆区和栈区5个部分。
1代码区代码区指令根据程序设计流程依次执行对于顺序指令则只会执行一次每个进程如果反复则需要使用跳转指令如果进行递归则需要借助栈来实现。
代码区的指令中包括操作码和要操作的对象或对象地址引用。如果是立即数即具体的数值将直接包含在代码中如果是局部数据将在栈区分配空间然后引用该数据地址如果是BSS区和数据区在代码中同样将引用该数据地址。
2全局初始化数据区/静态数据区只初始化一次。
3未初始化数据区BSS在运行时改变其值。
4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。
每当一个函数被调用该函数返回地址和一些关于调用的信息比如某些寄存器的内容被存储到栈区。然后这个被调用的函数再为它的自动变量和临时变量在栈区上分配空间这就是C实现函数递归调用的方法。每执行一次递归函数调用一个新的栈框架就会被使用这样这个新实例栈里的变量就不会和该函数的另一个实例栈里面的变量混淆。
函数调用时计算机会分配一块内存这个内存就是调用栈。函数调用都会使用栈内存。栈区的局部变量在函数调用结束后会被释放函数中的局部变量会随函数的销毁而销毁。
5堆区heap用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放若程序员不释放则可能会引起内存泄漏。注:堆和数据结构中的堆栈不一样其类似于链表。 之所以分成这么多个区域主要基于以下考虑
1、一个进程在运行过程中代码是根据流程依次执行的只需要访问一次当然跳转和递归有可能使代码执行多次而数据一般都需要访问多次因此单独开辟空间以方便访问和节约空间。
2、临时数据及需要再次使用的代码在运行时放入栈区中生命周期短。
3、全局数据和静态数据有可能在整个程序执行过程中都需要访问因此单独存储管理。
4、堆区由用户自由分配以便管理。
下面是网上一个典型的例子来帮助理解C程序内存分配
int a 0; //a在全局已初始化数据区 char *p1; //p1在BSS区未初始化全局变量 void main() { int b; //b在栈区 char s[] abc; //s为数组变量存储在栈区“abc”为字符串常量存储在已初始化数据区 char *p1, p2; //p1、p2在栈区 这里我觉得p2不是指针类型下面直接malloc有问题,用dev C显示不是指针VC编译器下也不是指针类型 char *p3 123456; //123456\0在已初始化数据区p3在栈区 static int c 0; //c为全局静态数据存在于已初始化数据区 //另外静态数据会自动初始化 p1 (char *)malloc(10); //分配得来的10个字节的区域在堆区 p2 (char *)malloc(20); //分配得来的20个字节的区域在堆区 free(p1); free(p2); }
内存分配方式
在C语言中对象可以使用静态或动态的方式分配内存空间。
1.静态分配编译器在处理程序源代码时分配。 动态分配程序在执行时调用malloc库函数申请分配。
2.静态对象的分配与释放由编译器自动处理
动态对象的分配与释放必须由程序员显式地管理它通过malloc()和free()两个函数C中为new和delete运算符来完成。
3.静态内存分配是在程序执行之前进行的因而效率比较高
而动态内存分配则可以灵活处理数据。
静态与动态内存分配的主要区别如下
静态对象是有名字的变量可以直接对其进行操作
动态对象是没有名字的变量需要通过指针间接地对它进行操作。
注如果我们在程序中有写malloc它是静态对象还是动态对象这是针对“动态对象是没有名字的变量” 解答malloc出来的就是在堆中开辟内存空间是没有名字的。 如p1 (char *)malloc(sizeof(int)); //此行代码分配了一个int类型大小的区域在堆区对象然后返回对象在内存中的地址接着这个地址被用来初始化指针对象p1,对于动态分配的内存唯一的访问方式是通过指针间接地访问。
int *p; //p中的地址所指向的内容 p; //p这个变量的内容这里p存的是地址则为地址 p; //取p的地址 二.堆和栈的区别
1.申请方式
(1)栈satck: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开辟空间函数返回后b的内存被释放。
(2)堆heap:需程序员自己申请调用malloc,realloc,calloc,并指明大小并由程序员手动进行释放。注操作不当容易产生memory leak.
eg: char *p; p (char *)malloc(sizeof(char));
但是p本身是在栈中。
2.申请大小的限制
1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区域(它的生长方向与内存的生长方向相反)。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间时将提示overflow。
2堆堆是高地址扩展的数据结构它的生长方向与内存的生长方向相同是不连续的内存区域。这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址的自然是不连续的而链表的遍历方向是由底地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。
3.系统响应
1栈只要栈的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。
2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free语句才能正确的释放本内存空间。另外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。
说明对于堆来讲对于堆来讲频繁的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
4.申请效率
1栈由编译器自动分配速度快。但程序员是无法控制的
2堆是由malloc分配的内存一般速度比较慢而且容易产生碎片不过用起来最方便。
5.堆和栈中的存储内容
1栈在函数调用时第一个进栈的是主函数中函数调用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执行。
2堆一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。
6.访问效率
栈一般比堆快
1栈分配的软件优势 栈分配算法简单所以高效堆分配算法相对比较复杂。
2栈分配的硬件优势 主要两点cache和内存映射。 如果在 栈上分配小块内存因为cache和内存映射已经建立 则效率会非常高远远优于堆分配。
如果在栈上分配大块内存在不考虑爆栈的情况下其实两者效率差不到哪去。因为cache命中和内存映射总是在有限的大小进行的其在栈中分配的大块内存照样cache不命中而且映射未建立所以这样的时间相差其实并不太多
补充
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。
7.分配方式
1堆都是动态分配的没有静态分配的堆。
2栈有两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。它的动态分配是由编译器进行释放无需手工实现。 三、我们说一下JAVE中的堆和栈 (与C/C类似) 栈内存:栈内存首先是一片内存区域存储的都是局部变量凡是定义在方法中函数中的都是局部变量方法外的是全局变量for循环内部定义的也是局部变量是先加载函数才能进行局部变量的定义所以方法先进栈然后再定义变量变量有自己的作用域一旦离开作用域变量就会被释放。栈内存的更新速度很快因为局部变量的生命周期都很短。 堆内存:存储的是数组和对象其实数组就是对象凡是new建立的都是在堆中堆中存放的都是实体对象实体用于封装数据而且是封装多个实体的多个属性如果一个数据消失这个实体也没有消失还可以用所以堆是不会随时释放的但是栈不一样栈里存放的都是单个变量变量被释放了那就没有了。堆里的实体虽然不会被释放但是会被当成垃圾Java有垃圾回收机制不定时的收取。
所以堆与栈的区别很明显 1.栈内存存储的是局部变量而堆内存存储的是实体 2.栈内存的更新速度要快于堆内存因为局部变量的生命周期很短 3.栈内存存放的变量生命周期一旦结束就会被释放而堆内存存放的实体会被垃圾回收机制不定时的回收(Java有一个自动内存回收机制)。 四、return返回指向局部变量的指针或引用
在C语言中局部变量的作用域只在函数内部在函数返回后局部变量的内存就会被释放。如果函数只是返回局部变量那么这个局部变量会被复制一份传回被调用处。但是如果函数返回的是局部变量的地址那么就会报错因为函数只是把指针复制后返回了但是指针指向的内容已经被释放这样指针指向的内容就是不可预料的内容程序就会出错。准确的来说函数不能通过返回指向栈内存的指针返回指向堆内存的指针是可以的。
所谓函数的返回值在编译器生成的汇编实现层面看一般是被调函数在返回前最后放到EAX寄存器中的值。函数调用者读取EAX就得到了所谓的函数返回值。函数中return 返回啥其实都是返回值的拷贝 返回整数就是整数的拷贝指针就是指针值拷贝但不会拷贝被指向的内容。函数中的局部变量是存于栈中函数结束后会释放栈中内容指针指向的值也就被释放了访问时是错误的值。但如果是堆内存空间可以返回即在函数中用new申请的空间是可以返回的。
永远不要从函数中返回局部自动变量的地址。如果你真的需要这样操作。你可以在函数的参数表中传入一个指针变量然后将需要写入的数据写入到该指针变量指向的地址。由于该指针指向的变量的作用域在函数体 之外。因此不会在函数结束结束时被回收。
C/C不可以返回局部变量的引用或指针所谓的不可以返回局部变量的引用或指针指的是不能返回局部变量的引用或地址给引用或指针。返回引用事实上是返回变量的地址。 在C语言中为什么说绝不能返回函数内局部变量的地址
在程序中只在特定的过程或函数中可以访问的变量是相对与全局变量而言的。
全局变量也称为外部变量是在函数的外部定义的它的作用域为从变量定义处开始到本程序文件的末尾。全局变量全部存放在静态存储区在程序开始执行时给全局变量分配存储区程序行完毕就释放。
局部变量可以和全局变量重名但是局部变量会屏蔽全局变量。在函数内引用这个变量时会用到同名的局部变量而不会用到全局变量。
局部变量的特点是是在函数内部定义的变量随函数调用时创建 随函数结束时析构销毁。
设想如果返回了一个局部变量的指针而恰好局部变量偏偏又在函数结束后销毁但指针并没有被销毁而是被返回那也就是说指针指向的正是一个被销毁了的对象。 一般的来说函数是可以返回局部变量的。 局部变量的作用域只在函数内部在函数返回后局部变量的内存已经释放了。因此如果函数返回的是局部变量的值不涉及地址程序不会出错。但是如果返回的是局部变量的地址(指针)的话程序运行后会出错。因为函数只是把指针复制后返回了但是指针指向的内容已经被释放了这样指针指向的内容就是不可预料的内容调用就会出错。准确的来说函数不能通过返回指向栈内存的指针(注意这里指的是栈返回指向堆内存的指针是可以的)。 函数中定义的变量(包括数组都是局部变量都存在栈中)不能返回指向局部变量的指针。
函数中定义的数组是在栈中是局部变量在函数结束后会释放。不能直接返回函数中定义的数组会被释放掉。
函数内部的字符串存放在数组中是局部变量而字符串字面量”abc”是静态变量会一直保存到程序结束可以返回指向这个字符串常量的指针。
注C语言自定义函数如何返回数组1、直接声明全局变量的数组2、通过堆区用malloc动态开辟内存解决3、传入指向函数外的数组的指针4、函数中数组在声明时候加static改变数组的存储属性 下面以函数返回局部变量的指针举几个典型的例子来说明
1、返回一个指向字符串常量的指针。
#include stdio.h char *returnStr() { char *phello world!; return p; } int main() { char *str; strreturnStr(); printf(%s\n, str); return 0; }
这个没有任何问题因为hello world!是一个字符串常量存放在只读数据段把该字符串常量存放的只读数据段的首地址赋值给了指针所以returnStr函数退出时该该字符串常量所在内存不会被回收故能够通过指针顺利无误的访问。
2、
#include stdio.h char *returnStr() { char p[]hello world!; return p; } int main() { char *str; strreturnStr(); printf(%s\n, str); return 0; }
数组p中的hello world!是局部变量存放在栈中。当returnStr函数退出时栈要清空局部变量的内存也被清空了所以这时的函数返回的是一个已被释放的内存地址所以有可能打印出来的是乱码。
3、
int func() { int a; .... return a; //允许 } int * func() { int a; .... return a; //无意义不应该这样做 }
局部变量也分局部自动变量和局部静态变量由于a返回的是值因此返回一个局部变量是可以的无论自动还是静态因为这时候返回的是这个局部变量的值但不应该返回指向局部自动变量的指针因为函数调用结束后该局部自动变量被抛弃这个指针指向一个不再存在的对象是无意义的。但可以返回指向局部静态变量的指针因为静态变量的生存期从定义起到程序结束。
4、如果函数的返回值非要是一个局部变量的地址那么该局部变量一定要申明为static类型。即使用静态数组如下
#include stdio.h char *returnStr() { static char p[]hello world!; return p; } int main() { char *str; strreturnStr(); printf(%s\n, str); return 0; }
5 数组是不能作为函数的返回值的原因是编译器把数组名认为是局部变量数组的地址。返回一个数组一般用返回指向这个数组的指针代替而且这个指针不能指向一个自动数组因为函数结束后自动数组被抛弃但可以返回一个指向静态局部数组的指针因为静态存储期是从对象定义到程序结束的。如下
int* func( void ) { static int a[10]; ........ return a; } 6返回指向堆内存的指针是可以的
char *GetMemory3(int num) { char *p (char *)malloc(sizeof(char) * num); return p; } void Test3(void) { char *str NULL; str GetMemory3(100); strcpy(str, hello); cout str endl; free(str); }
程序在运行的时候用 malloc 申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用 free释放内存。动态内存的生存期由程序员自己决定,使用非常灵活。
参考博客
------1------- 原文https://blog.csdn.net/tigerjibo/article/details/7423728
------2------- 原文https://blog.csdn.net/pt666/article/details/70876410
------3------- 原文https://blog.csdn.net/x_chengqq/article/details/51190678
------4------ 原文https://blog.csdn.net/u012317833/article/details/40779297
------5------ 原文https://blog.csdn.net/yang382197207/article/details/25873039
------6------ 原文https://blog.csdn.net/boyxiaolong/article/details/8543676 ———————————————— 版权声明本文为CSDN博主「Jackiejin526」的原创文章遵循CC 4.0 BY-SA版权协议转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接https://blog.csdn.net/rentan0930/article/details/97154892
