堆變量和棧變量

全局，靜態(tài)，new產(chǎn)生的變量都在堆中動(dòng)態(tài)分配的變量在堆中分配局部變量在棧里分配函數(shù)中聲明的變量在棧中用了new標(biāo)示符在堆中全局變量和static變量都在全局區(qū)程序?yàn)闂Ｗ兞糠峙鋭?dòng)態(tài)內(nèi)存，在程序結(jié)束時(shí)為棧變量分配的空間將自動(dòng)釋放;而為堆變量分配的空間則不會(huì)自動(dòng)釋放，若在程序中沒(méi)有沒(méi)有釋放堆變量，它將一直占用系統(tǒng)內(nèi)存。堆棧是一種執(zhí)行“后進(jìn)先出”算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。設(shè)想有一個(gè)直徑不大、一端開(kāi)口一端封閉的竹筒。有若干個(gè)寫有編號(hào)的小球，小球的直徑比竹筒的直徑略小。現(xiàn)在把不同編號(hào)的小球放到竹筒里面，可以發(fā)現(xiàn)一種規(guī)律：先放進(jìn)去的小球只能后拿出來(lái)，反之，后放進(jìn)去的小球能夠先拿出來(lái)。所以“先進(jìn)后出”就是這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。堆棧就是這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)順序地存入（也就是“壓入——push”）這個(gè)區(qū)域之中。有一個(gè)地址指針總指向最后一個(gè)壓入堆棧的數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)單元，存放這個(gè)地址指針的寄存器就叫做堆棧指示器。開(kāi)始放入數(shù)據(jù)的單元叫做“棧底”。數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)地存入，這個(gè)過(guò)程叫做“壓?！薄Ｔ趬簵５倪^(guò)程中，每有一個(gè)數(shù)據(jù)壓入堆棧，就放在和前一個(gè)單元相連的后面一個(gè)單元中，堆棧指示器中的地址自動(dòng)加1。讀取這些數(shù)據(jù)時(shí)，按照堆棧指示器中的地址讀取數(shù)據(jù)，堆棧指示器中的地址數(shù)自動(dòng)減1。這個(gè)過(guò)程叫做“彈出pop”。如此就實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的原則。堆棧是計(jì)算機(jī)中最常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如函數(shù)的調(diào)用在計(jì)算機(jī)中是用堆棧實(shí)現(xiàn)的。堆棧可以用數(shù)組存儲(chǔ)，也可以用以后會(huì)介紹的鏈表存儲(chǔ)。下面是一個(gè)堆棧的結(jié)構(gòu)體定義，包括一個(gè)棧頂指針，一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)組。棧頂指針最開(kāi)始指向-1，然后存入數(shù)據(jù)時(shí)，棧頂指針加1，取出數(shù)據(jù)后，棧頂指針減1。#defineMAX_SIZE100typedefintDATA_TYPE;structstack（DATA_TYPEdata[MAX_SIZE];inttop;};在C++中，內(nèi)存分成5個(gè)區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲(chǔ)區(qū)、全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和常量存儲(chǔ)區(qū)。棧，就是那些由編譯器在需要的時(shí)候分配，在不需要的時(shí)候自動(dòng)清楚的變量的存儲(chǔ)區(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。堆，就是那些由new分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個(gè)new就要對(duì)應(yīng)一個(gè)delete。如果程序員沒(méi)有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)回收。自由存儲(chǔ)區(qū)，就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，他和堆是十分相似的，不過(guò)它是用free來(lái)結(jié)束自己的生命的。全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語(yǔ)言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒(méi)有這個(gè)區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)。常量存儲(chǔ)區(qū)，這是一塊比較特殊的存儲(chǔ)區(qū)，他們里面存放的是常量，不允許修改(當(dāng)然，你要通過(guò)非正當(dāng)手段也可以修改，而且方法很多.inta;voidfunc(intarg)(staticintb;intc;void*p;p=(void*)malloc(100);}a在文件中聲明是全局變量b雖然在函數(shù)內(nèi)聲明，但是靜態(tài)的，所以也在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)c,p是函數(shù)內(nèi)聲明，是棧變量arg是參數(shù)，是棧變量p指向的空間用malloc分配，是堆空間一、預(yù)備知識(shí)一程序的內(nèi)存分配一個(gè)由c/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分1、棧區(qū)(stack)-由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。2、堆區(qū)(heap)—一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表，呵呵。3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)—，全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。-程序結(jié)束后有系統(tǒng)釋放4、文字常量區(qū)一常量字符串就是放在這里的。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放5、程序代碼區(qū)一存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。二、例子程序這是一個(gè)前輩寫的，非常詳細(xì)//main.cppinta=0;全局初始化區(qū)char*p1;全局未初始化區(qū)main()(intb;棧chars[]="abc";棧char*p2;棧char*p3="123456";123456\0在常量區(qū)，p3在棧上。staticintc=0；全局(靜態(tài))初始化區(qū)p1=(char*)malloc(10);p2=(char*)malloc(20);分配得來(lái)得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。strcpy(p1,"123456");123456\0放在常量區(qū)，編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。}二、堆和棧的理論知識(shí)2.1申請(qǐng)方式stack:由系統(tǒng)自動(dòng)分配。例如，聲明在函數(shù)中一個(gè)局部變量intb;系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開(kāi)辟空間heap:需要程序員自己申請(qǐng)，并指明大小，在c中malloc函數(shù)如p1=(char*)malloc(10);在C++中用new運(yùn)算符如p2=(char*)malloc(10);但是注意p1、p2本身是在棧中的。2.2申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)棧：只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序，另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。2.3申請(qǐng)大小的限制棧：在Windows下，棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M(也有的說(shuō)是1M，總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù))，如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。堆：堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見(jiàn)，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。2.4申請(qǐng)效率的比較：棧由系統(tǒng)自動(dòng)分配，速度較快。但程序員是無(wú)法控制的。堆是由new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過(guò)用起來(lái)最方便.另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進(jìn)程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來(lái)最不方便。但是速度快，也最靈活2.5堆和棧中的存儲(chǔ)內(nèi)容棧：在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句）的地址，然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。2.6存取效率的比較chars1[]="aaaaaaaaaaaaaaa";char*s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb";aaaaaaaaaaa是在運(yùn)行時(shí)刻賦值的；而bbbbbbbbbbb是在編譯時(shí)就確定的；但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址ɡ缍眩┛?。比如?includevoidmain（）（chara=1;charc[]="1234567890";char*p="1234567890";a=c[1];a=p[1];return;}對(duì)應(yīng)的匯編代碼10:a=c[1];004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh]0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl11:a=p[1];0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h]004010708A4201moval,byteptr[edx+1]004010738845FCmovbyteptr[ebp-4],al第一種在讀取時(shí)直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。2.7小結(jié)：堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來(lái)看出：使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點(diǎn)菜（發(fā)出申請(qǐng)）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會(huì)切菜、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己動(dòng)手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。堆和棧的區(qū)別主要分：操作系統(tǒng)方面的堆和棧，如上面說(shuō)的那些，不多說(shuō)了。還有就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這里的堆實(shí)際上指的就是（滿足堆性質(zhì)的）優(yōu)先隊(duì)列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第1個(gè)元素有最高的優(yōu)先權(quán)；棧實(shí)際上就是滿足先進(jìn)后出的性質(zhì)的數(shù)學(xué)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雖然堆棧，堆棧的說(shuō)法是連起來(lái)叫，但是他們還是有很大區(qū)別的，連著叫只是由于歷史的原因。java的棧和堆的區(qū)別棧（stack）與堆（heap）都是Java用來(lái)在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方棧（stack）與堆（heap）都是Java用來(lái)在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C++不同，Java自動(dòng)管理?xiàng)：投?，程序員不能直接地設(shè)置棧或堆。棧的優(yōu)勢(shì)是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺點(diǎn)是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數(shù)據(jù)可以共享，詳見(jiàn)第3點(diǎn)。堆的優(yōu)勢(shì)是可以動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點(diǎn)是，由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，存取速度較慢。Java中的數(shù)據(jù)類型有兩種。一種是基本類型（primitivetypes）,共有8種，即int,short,long,byte,float,double,boolean,char（注意，并沒(méi)有string的基本類型）。這種類型的定義是通過(guò)諸如inta=3;longb=255L的形式來(lái)定義的，稱為自動(dòng)變量。值得注意的是，自動(dòng)變量存的是字面值，不是類的實(shí)例，即不是類的引用，這里并沒(méi)有類的存在。如inta=3;這里的a是一個(gè)指向int類型的引用，指向3這個(gè)字面值。這些字面值的數(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知（這些字面值固定定義在某個(gè)程序塊里面，程序塊退出后，字段值就消失了），出于追求速度的原因，就存在于棧中。另外，棧有一個(gè)很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時(shí)定義：inta=3;intb=3；編譯器先處理inta=3；首先它會(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量為a的引用，然后查找有沒(méi)有字面值為3的地址，沒(méi)找到，就開(kāi)辟一個(gè)存放3這個(gè)字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處理intb=3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個(gè)字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。特別注意的是，這種字面值的引用與類對(duì)象的引用不同。假定兩個(gè)類對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象，如果一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，那么另一個(gè)對(duì)象引用變量也即刻反映出這個(gè)變化。相反，通過(guò)字面值的引用來(lái)修改其值，不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a與b的值后，再令a=4；那么，b不會(huì)等于4,還是等于3。在編譯器內(nèi)部，遇到a=4；時(shí)，它就會(huì)重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒(méi)有，重新開(kāi)辟地址存放4的值；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個(gè)地址。因此a值的改變不會(huì)影響到b的值。另一種是包裝類數(shù)據(jù)，如Integer,String,Double等將相應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型包裝起來(lái)的類。這些類數(shù)據(jù)全部存在于堆中，Java用new()語(yǔ)句來(lái)顯示地告訴編譯器，在運(yùn)行時(shí)才根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建，因此比較靈活，但缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)間。String是一個(gè)特殊的包裝類數(shù)據(jù)。即可以用Stringstr=newString(\"abc\");的形式來(lái)創(chuàng)建，也可以用Stringstr=\"abc\"；的形式來(lái)創(chuàng)建(作為對(duì)比，在JDK5.0之前，你從未見(jiàn)過(guò)Integeri=3;的表達(dá)式，因?yàn)轭惻c字面值是不能通用的，除了String。而在JDK5.0中，這種表達(dá)式是可以的！因?yàn)榫幾g器在后臺(tái)進(jìn)行Integeri=newInteger(3)的轉(zhuǎn)換)。前者是規(guī)范的類的創(chuàng)建過(guò)程，即在Java中，一切都是對(duì)象，而對(duì)象是類的實(shí)例，全部通過(guò)new()的形式來(lái)創(chuàng)建。Java中的有些類，如DateFormat類，可以通過(guò)該類的getInstance()方法來(lái)返回一個(gè)新創(chuàng)建的類，似乎違反了此原則。其實(shí)不然。該類運(yùn)用了單例模式來(lái)返回類的實(shí)例，只不過(guò)這個(gè)實(shí)例是在該類內(nèi)部通過(guò)new()來(lái)創(chuàng)建的，而getInstance()向外部隱藏了此細(xì)節(jié)。那為什么在Stringstr=\〃abc\〃；中，并沒(méi)有通過(guò)new()來(lái)創(chuàng)建實(shí)例，是不是違反了上述原則？其實(shí)沒(méi)有。關(guān)于Stringstr=\"abc\"的內(nèi)部工作。Java內(nèi)部將此語(yǔ)句轉(zhuǎn)化為以下幾個(gè)步驟：先定義一個(gè)名為str的對(duì)String類的對(duì)象引用變量：Stringstr；在棧中查找有沒(méi)有存放值為'〃abc\〃的地址，如果沒(méi)有，則開(kāi)辟一個(gè)存放字面值為'〃abc\〃的地址，接著創(chuàng)建一個(gè)新的String類的對(duì)象o,并將o的字符串值指向這個(gè)地址，而且在棧中這個(gè)地址旁邊記下這個(gè)引用的對(duì)象o。如果已經(jīng)有了值為'〃abc\〃的地址，則查找對(duì)象o,并返回o的地址。⑶將str指向?qū)ο髈的地址。值得注意的是，一般String類中字符串值都是直接存值的。但像Stringstr=\〃abc\〃；這種場(chǎng)合下，其字符串值卻是保存了一個(gè)指向存在棧中數(shù)據(jù)的引用！為了更好地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們可以通過(guò)以下的幾個(gè)代碼進(jìn)行驗(yàn)證。Stringstr1=\"abc\";Stringstr2=\"abc\";System.out.println(str1==str2);//true注意，我們這里并不用str1.equals(str2)；的方式，因?yàn)檫@將比較兩個(gè)字符串的值是否相等。二二號(hào)，根據(jù)JDK的說(shuō)明，只有在兩個(gè)引用都指向了同一個(gè)對(duì)象時(shí)才返回真值。而我們?cè)谶@里要看的是，str1與str2是否都指向了同一個(gè)對(duì)象。結(jié)果說(shuō)明，JVM創(chuàng)建了兩個(gè)引用str1和str2，但只創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，而且兩個(gè)引用都指向了這個(gè)對(duì)象。我們?cè)賮?lái)更進(jìn)一步，將以上代碼改成：Stringstrl=\"abc\";Stringstr2=\"abc\";strl=\"bcd\";System.out.println(str1+\",\"+str2);//bcd,abcSystem.out.println(str1==str2);//false這就是說(shuō)，賦值的變化導(dǎo)致了類對(duì)象引用的變化，str1指向了另外一個(gè)新對(duì)象!而str2仍舊指向原來(lái)的對(duì)象。上例中，當(dāng)我們將str1的值改為'〃bcd\〃時(shí)，JVM發(fā)現(xiàn)在棧中沒(méi)有存放該值的地址，便開(kāi)辟了這個(gè)地址，并創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象，其字符串的值指向這個(gè)地址。事實(shí)上，String類被設(shè)計(jì)成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運(yùn)行時(shí)根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個(gè)新對(duì)象，然后將這個(gè)對(duì)象的地址返回給原來(lái)類的引用。這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程雖說(shuō)是完全自動(dòng)進(jìn)行的，但它畢竟占用了更多的時(shí)間。在對(duì)時(shí)間要求比較敏感的環(huán)境中，會(huì)帶有一定的不良影響。再修改原來(lái)代碼：Stringstr1=\"abc\";Stringstr2=\"abc\";str1=\"bcd\";Stringstr3=str1;System.out.println(str3);//bcdStringstr4=\"bcd\";System.out.println(str1==str4);//truestr3這個(gè)對(duì)象的引用直接指向str1所指向的對(duì)象(注意，str3并沒(méi)有創(chuàng)建新對(duì)象)。當(dāng)str1改完其值后，再創(chuàng)建一個(gè)String的引用str4，并指向因str1修改值而創(chuàng)建的新的對(duì)象?？梢园l(fā)現(xiàn)，這回str4也沒(méi)有創(chuàng)建新的對(duì)象，從而再次實(shí)現(xiàn)棧中數(shù)據(jù)的共享。我們?cè)俳又匆韵碌拇a。Stringstr1=newString(\"abc\");Stringstr2=\"abc\";System.out.println(str1==str2);//false創(chuàng)建了兩個(gè)引用。創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象。兩個(gè)引用分別指向不同的兩個(gè)對(duì)象。Stringstr1=\"abc\";Stringstr2=newString(\"abc\");System.out.printl