在做面试100题中第21题时,发现char *astr="abcdefghijk\0";和char astr[]={"abcdefghijk"};有点区别,以前一直以为是一样的,但是在该程序中采用字符串指针运行一直出错。后来在网上查查,果然发现大大的不同。
展示如何出错
分析:当你需要修改字符串时,采用指针指向该字符串编译通过但是运行出错,而采用字符串数组时不会出现这样的问题。我们知道计算机有堆栈空间供编程人员使用,第一行,astr为栈上分配的一个指针,而右边在堆上分配的字符串常量,常量是不能修改的,如果修改会报错。而第二行均为栈上分配的,分配一个指针,和一个11字节的内存,都可以修改。
实验验证:我们利用一段程序来验证上述分析是否正确。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
c3 = "abc";
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}
运行结果为:
2293628 4199056 abc
2293624 2293624 abc
2293620 4199056 abc
从结果中我们知道,指针c1的地址和c1指向的字符串地址相差很远,不在一起,而第二行指针c2的地址和c2指向的字符串地址很近,说明在一起,c3同理分析。由此我们推断出两条信息:
1、 低位的内存是供栈使用,高位的内存是供堆使用。
2、 之前分析是正确的,c2数组和内存都在栈上,而c1指向的字符串是在堆上,并且该字符串是常量,因为c1和c3指向的字符串地址相同。
原理:接下来整理参考文献介绍的知识。
1、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:
1.1、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。
1.2、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。
1.3、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。
1.4、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。
1.5、程序代码区(该段代码详细讲述分配的堆栈,十分有用)
//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所向"123456"优化成一个地方。
}
2、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指针本身是在栈中的。
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.
Tip:在WINDOWS下,最好的方式是用Virtual Alloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈,而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
voidmain()
{
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];
004010678A4DF1 mov cl, byte ptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFC mov byte ptr[ebp-4], cl
11:a=p[1];
0040106D8B55EC mov edx, dword ptr [ebp-14h]
004010708A4201 mov al, byte ptr[edx+1]
004010738845FC 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,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。
扩展原文献最后的总结
此外,如果char *as=new char[11],此时表示as在栈上分配一字节指针,而右边在堆上分配11字节的地址,然后strcpy(as,"abcdefghijk");编译通过不能正确运行。
#include <iostream>
using namespace std;
main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
// *c3 = "abc" //error
strcpy(c3,"abc");
c3[0] = ‘g‘;
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}
写成注释那样,后面改动就会崩溃
可见strcpy(c3,"abc");abc是另一块地方分配的,而且可以改变,和上面的参考文档说法有些不一定。
说明:以上是原文的例子和解释。我觉得有些问题需要提到。首先,注释那写法就不对,右边是个字符串,左边是个指向char的指针,不应该这样赋值,可以为该指针赋予一个char,或者该指针指向数组,即c3 = "abc"。至于最后一句“abc是另一块地方分配的,而且可以改变,和上面的参考文档说法有些不一定”,这句话后半句同意,因为我也感觉1.5小节最后一行代码注释有问题。因为你malloc了就分配一个内存,这个内存由c3指向,如果你写成c3 = "abc"又让c3指向”abc”,这样会造成内存泄露。而那句话前半句 “abc是另一块地方分配的”这个不同意,因为字面值常量还是没变,所有是同一个内存,只是把该字面值常量的内存copy给c3指向的内存块。以上只为个人想法,如有错误请指正。