存储区的概念
常见的存储区域可分为:
- 栈
由编译器在需要的时候分配,在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
- 堆
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,程序会一直占用内存,导致内存泄漏,在程序结束后,操作系统会自动回收。
由malloc
等分配的内存块,它和堆是十分相似的,不过它是用free
来释放分配的内存。
- 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)。
- 代码段:存放函数体的二进制代码。
例1:C
语言程序
int x;
void main()
{
}
变量x
存储在内存哪个区域?
答:在采用段式内存管理的架构中,BSS
段(bss segment
)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。
BSS
是英文Block Started by Symbol
的简称。BSS
段属于静态存储区。
例2:static
全局变量与普通全局变量有什么区别?
答:static
全局变量和普通全局变量存储区域相同,不同的是:
static
全局变量只在声明此static
全局变量的文件中有效;
普通全局变量对整个源程序都有效,当此源程序包含多于一个文件的程序时,对其他文件依然有效。
例3:static
局部变量与普通局部变量的区别?
答:static
局部变量的存储区为静态存储区,普通局部变量的存储区为栈;
static
局部变量生存周期为整个源程序,但是只能在声明其的函数中调用,并且其值与上一次的结果有关;而普通局部变量的生存周期为声明其函数的周期,超过特定的范围其值会被重新初始化;
static
局部变量如果未初始化其值默认为0
,而普通局部变量则不确定。
//main.cpp
inta
= 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);//分配得来的10和20字节的区域就在堆区。
}
堆栈的区别
1.内存分配方面:
堆: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,分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下:new
、malloc
、delete
、free
等等。
栈:由编译器(Compiler
)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.申请方式方面:
堆: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,但是注意p1
、p2
本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。
栈: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。
3.系统响应方面:
堆: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,由此可能会导致内存碎片。
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。
4.大小限制方面:
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。
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,栈的大小是固定的(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。
5.效率方面:
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。
栈:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
6.存放内容方面:
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。
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(从函数返回的时候将继续从这条指令开始执行)(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,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。
7.存取效率方面:
堆:char *s1 = "Hellow Word"
;是在编译时就确定的;
栈:char s1[] = "Hellow Word"
;是在运行时赋值的;用数组比用指针速度要快一些,因为指针在底层汇编中需要用edx
寄存器中转一下,而数组在栈上直接读取。
交换两个值的方法
有三种方法:
void swap1(int *a,int *b)//第一种,也是最常用的一种
{
int t;
t = *a;
*a = *b;
*b = t;
}
void swap2(int *a,int *b)//第二种,不需要额外的内存空间(不用临时变量)
{
*a = *a + *b;
*b = *a - *b;
*a = *a - *b;
}
//上述方法可能引起越界,为什么不使用他俩的差呢?
void newswap2( int *a, int *b)
{
*a = *b - *a;
*b = *b - *a;
*a = *a + *b;
}
//上述代码是用算术的过程来实现a与b的值的交换。这里主要的方法是考虑中间量|a-b|和留下一个原值。不过要使程序正确,还要做一些值的大小判断。写成函数的话会比较麻烦,通用性问题。
void swap3(int *a,int *b)//第三种,不需要额外的内存空间,位运算实现
{
*a ^= *b;
*b ^= *a;
*a ^= *b;
}
//这里交换的方法也是依赖于公式A^B^A=B和A^B^B=A这个规律。但是函数参数的传递分为两种值传递和地址传递。故交换也有两种,值交换和变量所指向值的地址交换。只能交换整数(char int long),要想交换两个浮点数是不行的,因为浮点数不能参与位运算,要想交换两个指针也是不行的,编译器不允许你把两个指针拿来做位运算,要想交换两个用户自定义对象也是不行的,因为它仍然不能参与位运算
这种值交换的目的是为了减少临时变量的申请,减少程序所需的内存空间。对大量申请临时变量来实现交换的程序是一种很好的解决方案