栈与堆 && char*, char[], char**, char*[], char[][]详解

一、存储区域

  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、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,分配方式类似于链表。

  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。

  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

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";   //
   char *p2;         //
   char *p3="123456";   //123456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放在常量区,编译器可能会将它与p3向"123456"优        
                                        化成一个地方。*/
}       

二、栈与堆的理论知识

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。例如,C++中用new运算符,p2 = new char*。

2. 申请后的系统响应

 stack: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。

 heap: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,会便利该链表,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。

3. 申请大小的限制

    stack: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(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。

    heap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。

4. 申请效率的比较

 stack:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

    heap:是由new分配的内存,一般速度较慢,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。

5. 堆和栈中的存储内容

 stack: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。

 heap: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。

三、符号介绍

  介绍两个符号 * 和 &.
  1. * 指针符号,用在定义变量类型, 或者 强制类型转换时, 表示要定义一个指针 或者 把这个变量类型转换成指针(并告知这个指针指向的是什么类型的数据) .
  2. * 指针符号,用在一个指针变量的前面, 表示为指针的指针,指向该指针指向的存储内容
  3. & 取地址符号,用在变量名的前面, 表示这个变量所在的地址 . 
 
  在64位的系统中,指针共占用了8个字节,因为指针中存储的是地址,而且地址是64位的,所以需要8个字节。

四、定义介绍

1. char** ,char* 

 表示a是一个指针,这个指针指向的地址存储的是char* 类型的数据。

 char* 也是一个指针,用(*a)表示,指向的地址存储的是char类型的数据。char* 也可以表示数组,即还是字符串的本质,地址。即给了一个字符串地址。

char** a;
a + 1; //表示地址+8个字节;
char* a;
*a +1//表示地址+1个字节

 注:指针指向的元素是const定义的,故无法改变元素的值。

2. char *a[]

 表示a是数组,数组中的元素是指针,指向char类型。(数组里面所有的元素是连续的内存存放的)

 数组名在C中做了特殊处理,数组名用数组所占用内存区域的第一个字节的内存地址替代了。并且数组名a也表示指针。即a = &a。

a + 1; //表示a的第二个元素的内存地址,所以是+8字节;
*(a + 1); //表示这个数组第二个元素的内容;
*(*(a + 1)); //表示这个数组第二个元素内容所指向的内容;

char *a[10]; 表示为一个可存储10个char型指针的数组,也就是说占用10*8=80个字节

3. char a[][]

 表示a是一个二维数组,以char a[2][10]为例子:

 &a + 1是一个指针,相当于加整个二位数组所占空间,相当于加20字节;

 a + 1 是一个指针,相当于加一个一维元素所占空间,相当于加10字节;

 *a + 1 是一个指针, 相当于加一个二维元素所占空间,相当于加1字节;

 **a 不是指针,是char;

 a + 1与*(a + 1)相等 是因为a + 1 表示1维的第2个元素的首地址, *(a + 1)表示1维的第2个元素中的第1个元素的地址. 指向同一个地址. 但是含义不一样. 
 (a + 1) + 1 表示1维的第3个元素的首地址; (*(a + 1)) + 1 表示1维的第2个元素中的第2个元素的地址. 

  

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