C語言天天練(二四) 記憶體分配

2021-09-07 05:00:24 字數 2981 閱讀 4499

引言:

對於c語言程式,了解它執行時在記憶體中是怎樣分配的對於我們理解它的執行機制是很實用的。以下就總結一下c語言程式的一些記憶體分配知識。

一 一段c程式。編譯連線後形成的可執行檔案一般有**段、資料段、堆和棧等幾部分組成。當中資料段又包含僅僅讀資料段、已初始化的讀寫資料段和未初始化的bss段。例如以下圖所看到的:

文字段:存放程式執行的**。

資料段:

1>僅僅讀資料段:

僅僅讀資料段是程式使用的一些不會被更改的資料,使用這些資料的方式類似查表式的操作,因為這些變數不須要更改,因此僅僅須要放置在僅僅讀儲存器中就可以。

通常是const修飾的變數以及程式中使用的文字常量通常會存放在僅僅讀資料段中。

2>

已初始化的讀寫資料段:

已初始化資料是在程式中宣告,而且具有初值的變數。這些變數須要占用儲存器的空間,在程式執行時它們須要位於可讀寫的記憶體區域內。而且有初值,以供程式執行時讀寫。在程式中一般為已經初始化的全域性變數,已經初始化的靜態區域性變數(static修飾的已經初始化的變數)

3>未初始化段(bss):

未初始化資料是在程式中宣告,可是沒有初始化的變數,這些變數在程式執行之前不須要占用儲存器的空間。

與讀寫資料段類似,它也屬於靜態資料區。

可是該段中資料沒有經過初始化。

未初始化資料段僅僅有在執行的初始化階段才會產生,因此它的大小不會影響目標檔案的大小。在程式中通常是沒有初始化的全域性變數和沒有初始化的靜態區域性變數。

堆:需程式猿自己申請(呼叫malloc,realloc,calloc),並指明大小,並由程式猿進行釋放。

棧:由系統自己主動分配。比如,宣告在函式中乙個區域性變數int b;系統自己主動在棧中為b開闢空間。

二依據上面的理論知識,分析演示樣例片段的記憶體分配:

棧與堆的差別:

1.申請方式

(1)棧(satck):由系統自己主動分配。比如,宣告在函式中乙個區域性變數int b;系統自己主動在棧中為b開闢空間。

(2)堆(heap):需程式猿自己申請(呼叫malloc,realloc,calloc),並指明大小,並由程式猿進行釋放。

easy產生memory leak.

eg:char  p;

p = (char *)malloc(sizeof(char));

可是,p本身是在棧中。

2.申請大小的限制

(1)棧:棧是向底位址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體區域(它的生長方向與記憶體的生長方向相反)。棧的大小是固定的。假設申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。

(2)堆:堆是高位址擴充套件的資料結構(它的生長方向與記憶體的生長方向同樣)。是不連續的記憶體區域。這是因為系統使用鍊錶來儲存空暇記憶體位址的。自然是不連續的,而鍊錶的遍歷方向是由底位址向高位址。

堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。

3.系統響應:

(1)棧:僅僅要棧的空間大於所申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則將報異常提示棧溢位。

(2)堆:首先應該知道作業系統有乙個記錄空暇記憶體位址的鍊錶,但系統收到程式的申請時,會遍歷該鍊錶。尋找第乙個空間大於所申請空間的堆結點。然後將該結點從空暇鍊錶中刪除。並將該結點的空間分配給程式,另外,對於大多數系統,會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次分配的大小。這樣。**中的free語句才幹正確的釋放本記憶體空間。另外。找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自己主動的將多餘的那部分又一次放入空暇鍊錶中。

說明:對於堆來講,頻繁的malloc/free勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率減少。對於棧來講。則不會存在這個問題,

4.申請效率

(1)棧由系統自己主動分配,速度快。但程式猿是無法控制的

(2)堆是由malloc分配的記憶體,一般速度比較慢,並且easy產生碎片。只是用起來最方便。

5.堆和棧中的儲存內容

(1)棧:在函式呼叫時,第乙個進棧的主函式中後的下一條語句的位址。然後是函式的各個引數,引數是從右往左入棧的,然後是函式中的區域性變數。注:靜態變數是不入棧的。

當本次函式呼叫結束後。區域性變數先出棧。然後是引數,最後棧頂指標指向最開始存的位址,也就是主函式中的下一條指令,程式由該點繼續執行。

(2)堆:通常是在堆的頭部用乙個位元組存放堆的大小。

6.訪問效率

(1)堆:char *s1=」hellow tigerjibo」;是在編譯是就確定的

(2)棧:char s1=」hellow tigerjibo」;是在執行時賦值的;用陣列比用指標速度更快一些,指標在底層彙編中須要用edx暫存器中轉一下,而陣列在棧上讀取。

補充:棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的位址,壓棧出棧都有專門的指令執行。這就決定了棧的效率比較高。

堆則是c/c++函式庫提供的,它的機制是非常複雜的,比如為了分配一塊記憶體。庫函式會依照一定的演算法(詳細的演算法能夠參考資料結構/作業系統)在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間,假設沒有足夠大小的空間(可能是因為記憶體碎片太多)。就有可能呼叫系統功能去新增程式資料段的記憶體空間。這樣就有機會分到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然。堆的效率比棧要低得多。

7.分配方式:

(1)堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。

(2)棧有兩種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完畢的。比方區域性變數的分配。

動態分配由alloca函式進行分配,可是棧的動態分配和堆是不同的。

它的動態分配是由編譯器進行釋放,無需手工實現。四

參考1:

參考2:

參考3:

參考4:

C語言天天練(九) 動態記憶體分配

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