程序内存划分

申请一块连续的内存,并使用二级指针进行分配(注释掉的部分为另一种bug方法,该方法连续调用malloc会导致申请到的内存是不连续的)

直接调用一次malloc,在堆中划分出一块大内存,再构造二级指针。

typedef struct JXPalmUser{

        uint8_t** pv;
        char name[255];
}User;
int main(void){
        User* user = (User*)malloc(sizeof(User));
//      user->pv = (uint8_t**)malloc(sizeof(uint8_t*)*255);
        printf("pv addr:%d\n",user->pv);
        int32_t tmp=0;
        printf("sizeof(uint8_t*) :%d\n",sizeof(uint8_t*));
        printf("sizeof(uint8_t) :%d\n",sizeof(uint8_t));
//      for(int32_t i=0;i<255;i++){
//              user->pv[i]=(uint8_t*)malloc(sizeof(uint8_t));
//              memset(user->pv[i],1,10240);
//              printf("pv[%d] addr:%p\n",i,user->pv[i]);
//      }
        uint8_t* buf = (uint8_t*)malloc(sizeof(uint8_t)*100);
        for(int32_t i=0;i<100;i++){
                buf[i] = i;
        }
        user->pv = (uint8_t**)malloc(sizeof(uint8_t*)*10);
        for(int32_t i=0;i<10;i++){
                user->pv[i] = buf+i*10;
        }
        for(int32_t i=0;i<10;i++){
                for(int32_t j=0;j<10;j++){
                        printf("user->pv[%d][%d]:%d\n",i,j,user->pv[i][j]);
                }
        }
        return 0;
}

       

typedef struct JXPalmUser{
        
        uint8_t* pv;
        char name[255]; 

}User;

void func(void);
void func(void){
        int32_t member = 10000;
        printf("member addr: %d\n",&member);

} 
int main(void){
        User user;
        printf("User addr :%d\n",user);
        printf("User.name addr: %d\n",user.name);
        static User sUser;
        printf("static User addr: %d\n",sUser);
        printf("static User.name addr: %d\n",sUser.name);
 
        int32_t i = 10;
        printf("proc addr: %d\n",&i);
        User* pUser = (User*)malloc(sizeof(User));
        printf("malloc ptr User addr: %d\n",pUser);
        printf("malloc ptr User.name addr: %d\n",pUser->name);
        static User* spUser = (User*)malloc(sizeof(User)*1);
        printf("malloc static ptr User addr: %d\n",spUser);
        printf("malloc static prt USer->name addr: %d\n",spUser->name);
        func();
        for(int32_t i=0;i<10;i++){
                printf("for addr: %d\n",&i);
        }
        return 0;
}


//output
User addr :538065128
User.name addr: 538064872
static User addr: 6300104
static User.name addr: 6299848
proc addr: 538064848
malloc ptr User addr: 24002576
malloc ptr User.name addr: 24002584
malloc static ptr User addr: 24002848
malloc static prt USer->name addr: 24002856
member addr: 538064556
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852
for addr: 538064852

        在进行C/C++编程时,需要我们对内存的了解比较精准。对于一个进程的内存空间而言,可以在逻辑上分成3个部分:代码区、静态数据区和动态数据区。

        其中动态数据区一般就是“堆栈”。“栈stack”和“堆heap”是两种不同的动态数据区。

        下面为了方便,我们把内存中“栈”叫栈区,“堆”叫堆区。

        栈区(stack):栈区的空间由操作系统自动分配和释放,该部分主要用于存放函数的参数值、局部变量等,比如声明在函数中的一个局部变量int b,系统就会自动在栈中为b开辟空间。栈区的操作方式类似于数据结构中栈(这也许是造成许多人混淆的地方,正如有的人所说,我们可以把数据结构的栈理解成某个技术,而内存的栈正好用到了该技术,但二者其实并不一样)。另外需要注意的是,在windows下,栈是向低地址扩展的数据机构,是一块连续的内存区域。也就是说栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先设定好的,比如在windows下,栈的大小为2MB(也有的说是1MB,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,将会提示overflow。总之就是说栈的空间是有限的。

      堆区(heap):堆区空间一般由程序员分配和释放(需要注意堆区与数据结构中的堆是两回事,其分配方式类似于链表),比如,在C中用malloc函数---  p1 = (char*) malloc(10);   在C++中用new,都将分配堆区空间。不过要注意p1本身是在栈中。

      静态数据区:全局变量和静态变量都存放于该区。初始化的全局变量和初始化的静态变量放在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量放在相邻的另一区域。程序结束后由系统自动释放。

      代码区:该区用于存放函数体的二进制代码。

1. 内存分配方式

内存分配方式有三种:

[1]从静态存储区域分配。内存在 程序编译的时候就已经分配好,这块内存在 程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。

[2]在上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。

[3]从上分配,亦称动态内存分配。 程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存, 程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由 程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,就有责任回收它,否则运行的 程序会出现内存泄漏,频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

2. 程序的内存空间

一个 程序将操作系统分配给其运行的内存块分为4个区域,如下图所示。

代码区(code area)

程序内存空间

全局数据区(data area)

堆区(heap area)

栈区(stack area)

一个由C/C++编译的 程序占用的内存分为以下几个部分,

1、栈区stack)   由编译器自动分配释放 ,存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

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 。分配方式类似于链表。

3、全局区(静态区)(static)存放全局变量、静态数据、常量。 程序结束后有系统释放

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。

5、 程序代码区存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。类对象是共用一套方法函数体的。

下面给出例子 程序

int a = 0; //全局初始化区

char *p1; //全局未初始化区

int 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 = new char[10];

p2 = new char[20];

//分配得来得和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所指向的/"123456/"优化成一个地方。

}

3 .堆与栈的比较

3.1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, 指明大小,在C中malloc函数,C++中是new运算符。

如p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char[10];

如p2 = (char *)malloc(10); p2 = new char[20];

但是注意p1、p2本身是在栈中的。

3.2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, 将该结点的空间分配给 程序

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。

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。

3.3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。

3.4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。

另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是栈,而是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

3.5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 内容有 程序员安排。

3.6存取效率的比较

char s1[] = /"a/";

char *s2 = /"b/";

a是在运行时刻赋值的;而b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:

int main(){

char a = 1;

char c[] = /"1234567890/";

char *p =/"1234567890/";

a = c[1];

a = p[1];

return 0;

}

对应的汇编代码

10: a = c[1]; 
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 
11: a = p[1]; 
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

第一种在 取时直接就把字符串中的元素 到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值 到edx中,再根据edx 取字符,显然慢了。

3.7小结

堆和栈的主要区别由以下几点:

1、管理方式不同;

2、空间大小不同;

3、能否产生碎片不同;

4、生长方向不同;

5、分配方式不同;

6、分配效率不同;

管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由 程序员控制,容易产生memory leak。

空间大小:一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下面,默认的栈空间大小是1M。当然,这个值可以修改。

碎片问题: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,因为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈 内容已经被弹出,详细的可以参考数据结构。

生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。

分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2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malloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

分配效率: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。

从这里我们可以看到,堆和栈 比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在 程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址, EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用堆。

虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆 比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。

无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是 程序崩溃,要么是摧毁 程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果。

4.new/delete  malloc/free 比较

从C++角度上说,使用new分配堆空间可以调用类的构造函数,而malloc()函数仅仅是一个函数调用,它不会调用构造函数,它所接受的参数是一个unsigned long类型。同样,delete在释放堆空间之前会调用析构函数,而free函数则不会。

class Time{

public:

    Time(int,int,int,string);

    ~Time(){

       cout<</"call Time/'s destructor by:/"<<name<<endl;

    }

private:

    int hour;

    int min;

    int sec;

    string name;

};



Time::Time(int h,int m,int s,string n){

hour=h;

min=m;

sec=s;

name=n;

cout<</"call Time/'s constructor by:/"<<name<<endl;

}



int main(){

Time *t1;

t1=(Time*)malloc(sizeof(Time));

free(t1);

Time *t2;

t2=new Time(0,0,0,/"t2/");

delete t2;

system(/"PAUSE/");

return EXIT_SUCCESS;

}

结果:

call Time/'s constructor by:t2

call Time/'s destructor by:t2

从结果可以看出,使用new/delete可以调用对象的构造函数与析构函数, 且示例中调用的是一个非默认构造函数。但在堆上分配对象数组时,只能调用默认构造函数,不能调用其他任何构造函数。

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