堆与栈的区别的详细介绍
操作系统方面的堆和栈,如上文说的那些,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。
堆栈的优点是,可以不考虑分配粒度和页面边界
之类的问题,集中精力处理手头的任务。堆栈的缺点是,分配和释放内存块的速度比其他机制
要慢,并且无法直接控制物理存储器的提交和回收。
从内部来讲,堆栈是保留的地址空间的一个区域。开始时,保留区域中的大多数页面没有
被提交物理存储器。当从堆栈中进行越来越多的内存分配时,堆栈管理器将把更多的物理存储
器提交给堆栈。物理存储器总是从系统的页文件中分配的,当释放堆栈中的内存块时,堆栈管
理器将收回这些物理存储器。
Microsoft并没有以文档的形式来规定堆栈释放和收回存储器时应该遵循的具体规则,
Windows 98 与Windows 2000的规则是不同的。可以这样说,Windows 98 更加注重内存的使用,
因此只要可能,它就收回堆栈。Windows 2000更加注重速度,因此它往往较长时间占用物理存
储器,只有在一段时间后页面不再使用时,才将它返回给页文件。Microsoft常常进行适应性测
试并运行各种不同的条件,以确定在大部分时间内最适合的规则。随着使用这些规则的应用程
序和硬件的变更,这些规则也会有所变化。如果了解这些规则对你的应用程序非常关键,那么
请不要使用堆栈。相反,可以使用虚拟内存函数(即VirtualAlloc和VirtualFree),这样,就能
够控制这些规则。
我在写一个脚本解释器的时候,为了测试函数的递归调用,
我写了一个脚本函数,让该函数递归10000次。结果出现了
异常,后来我将递归降低到3000次,就正常通过了。
我仔细查找了一下原因,就是C程序在使用gcc编译时,栈
空间只有2M左右导致的。
大家可以用下面的简单代码测试一下就知道了:
// test.c
#include <stdio.h>
void func0() {
printf("test func0/n");
}
void func1() {
char buff[3000000];
func0();
}
int main() {
func1();
return 0;
}
// test.c end
上面这段代码在编译的时候是不会出错的,但是在运行时
就会出错了。
因为编译器生成了一些代码来实现函数调用,这些代码当
中就有上面讨论到的栈的处理。
如果把上面那个简单程序中的3000000改成2000000,那么
就不会出错了。
总之栈是系统预先留的;
堆是你申请指针用的自由空间~
C++的动态内存是从堆上分配的,
(就是NEW和DELETE的操作的地方)
堆处在程序代码和数据内存与堆栈之间,是一个可以利用的自由空间。
在C和C++中,有三种使用存储区的基本方式:
l [静态存储区(Static Memory)]
在静态存储区中,连接器(linker)根据程序的需求为对象分配空间。全局变量、静态类成员以及函数中的静态变量都被分配在该区域中。一个在该区域中分配的对象只被构造一次,其生存期一直维持到程序结束。在程序运行的时候其中的地址是固定不变的。在使用线程(thread,共享地址空间的并发物)的程序里,静态对象可能会引起一些问题,因为这时的静态对象是被共享的,要对其正常访问就需要进行锁定操作。
l [自动存储区(Automatic Memory)]
函数的参数和局部变量被分配在此。对同一个函数或区块的每一处调用,其在该区域内都有自己单独的位置。这种存储被自动创建和销毁;因而才叫做“自动存储区”。自动存储区也被称为是“在栈上的(be on the stack)”。
l [自由存储区(Free Store)]
在该区域中,程序必须明确的为对象申请空间,并可以在使用完毕之后释放申请到的空间(使用new和delete运算符)。当程序需要其中更多的空间时,就使用new向操作系统提出申请。通常情况下,自由存储区(也被称作动态存储区或者堆(heap))在一个程序的生存期内是不断增大的,因为其间被其它程序占用的空间从来都不被归还给操作系统。例如:
int g = 7; //全局变量,分配在静态存储区中
void f()
{
int loc = 9; //局部变量,分配在栈(stack)中
int* p = new int; //变量被分配在自由存储区中
// …
delete p; //归还p所指向的区域,以便重新使用
}
对程序员来说,自动存储区和静态存储区总是被隐式的使用,这种方式既简单又一目了然。真正有趣的问题是应该如何管理自由存储区。分配空间(使用new运算符)是很简单的,但在去配的时候,则必须有一个完善的归还空间的方案;否则的话,存储空间最终会被耗尽(特别是在长时间运行的程序中)。
1、从CPU层次讲
堆和栈已经常用到CPU的指令中直接得到了支持。
(堆和栈的数据结构特性我就不说了,任何一本讲数据结构的书上都讲的很详细)
CPU对栈的支持就是堆栈指令push、pop等,堆实际就是一块还没有被进行任何组织的内存。可以说整个内存就是一个大堆。从堆中取出一块,让它按照栈的存取方式来存取,这就是成了栈。
2、从操作系统层次讲
操作系统增加了对虚拟内存的管理。我们所操作已不在上真正的内存。拿win32来说,就是一个最大4G的虚拟空间,我们可以在这个虚拟空间中进行堆与栈的操作,当然我们的操作都是虚拟的,实际的操作还要操作帮助完成。
操作系统对内存进行了有效管理,独立管理。进程与进程之间是分开的,每个进程都有它的堆,如每个进程都有默认堆。其实我们甚至可以把进程内没有被分配的内存都看成堆,你都可以自由索取内存。我们知道线程都有它的栈(这里有个容易犯的错误,有的人看见说函数的参数要进栈出栈就说函数有栈,错,函数用的栈是它所属的线程的。)我们可以这样理解,栈就是从堆这样一块虚拟大内存中分出一块,按照栈的规则操作的一块内存,以后我们就可以对这块内存进行push和pop等操作了。
3、从程序员编程层次讲
我们程序员只要知道,对于内存这样一个重要的东西,系统给我们提供了两种重要且常用的数据结构。汇编语言中,对栈的操作就是push和pop,以前说的push和pop都是数据结构中概念上的,这里才是对栈真正的push和pop。对于堆的操作,其实就是直接操作地址。对于高级语言,比如c,对于栈的操作道是给隐藏了,只要我们int a;就可以把变量a压入栈中,对于堆的操作变成了成对的new和delete,我们要用的话需要先申请,不向汇编语言直接用.申请是因为让操作系统知道,操作系统要对内存进行管理.
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