数据在内存中的存储

骑猪看日落 2022-03-22 11:10 258阅读 0赞

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**程序的内存分配**

在计算机系统中，运行的应用程序的数据都是保存在内存中，不同类型的数据，保存的内存区域不同，包括：  
    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\[静态区\]：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：存放常量字符穿。程序结束后由系统释放。  
    5、程序代码区：存放函数体的二进制代码。  
    6、寄存器区：用来保存栈顶指针和指令指针(汇编操作)

示例：

1 int a = 0; // 全局初始化区 2 char *p1; // 全局未初始化区 3 4 int main(void) { 5 int e; // 栈区 6 char d[] = "Kingdev"; // 栈区 7 char *p2; // 栈区 8 char *p3 = "98765"; // 98765/0 在常量区，p3在栈区 9 static int c = 0; // 全局区[静态区] 10 strcpy(p1, "98765"); // 98765/0 放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的“98765”优化成一个地方。 11 p1 = (char *)malloc(10); // 分配得来得10字节的区域就在堆区 12 p2 = (char *)malloc(20); // 分配得来得20字节的区域就在堆区 13 }

(一)栈区中的数据  
    1、应用程序启动后，操作系统会为应用程序在栈区中开辟内存空间，用于存放局部变量以及函数的参数等；  
    2、iOS主线程栈区大小为1M，MAC主线程栈区大小为8M；  
    3、栈区中的变量由编译器负责分配和释放；  
    4、栈区中的数据以“栈”的形式管理的，后进先出(LIFO)  
    5、访问栈区中变量的效率高，不会出现内存碎片  
    6、栈区中的变量名(不带\*)相当于是指向栈区数据的指针别名，变量名可以简化程序猿的工作。

(二)堆区中的数据  
    1、由于栈区中的空间有限，iOS的应用程序中，对象都是建立在堆中的；  
    2、堆区包括系统内存和虚拟内存(硬盘缓存)，由*所有正在运行的应用程序共享使用*；  
    3、堆区中的内存分配由操作系统负责，*操作系统使用一个链表统一维护所有已经分配的内存记录*  
    4、由于堆区是由所有应用程序共享的，操作系统以匿名(只记录内存地址和大小，不记录具体类型)的方式记录已经分配的内存区域  
    5、要访问堆区中的数据，*必须通过指针的方式才可以进行*，指针的类型决定了访问堆中的数据方式；  
    6、当某一内存区域不再使用时，程序需要通知操作系统回收该内存区域，从而可以保证该内存区域被其他程序再次使用，否则，该区域将永远无法再次分配，这就是“内存泄露”；  
    7、如果某一区域已经被释放，仍然试图访问该区域，会提示“坏内存访问”，这就是“野指针错误”  
    8、相比较栈区，堆区中的效率要低很多，同时容易出现内存碎片  
    9、相比较栈区，堆区中的访问方式更加灵活，对象占用的内存也可以更大

(三)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，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。

(四)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。

(五)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，也不是在栈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。

(六)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。堆中的具体内容由程序员安排。

(七)存取效率的比较

1 char s1[]   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";  // aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
    2 char *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; // bbbbbbbbbbb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。

1 void main() {
    2     char a = 1;
    3     char c[] = "1234567890";
    4     char *p ="1234567890";
    5     a = c[1];
    6     a = p[1];
    7     return;
    8 }

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

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

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posted @ 2016-03-27 11:34 [Kingdev][] 阅读( ...) 评论( ...) [编辑][Link 2] 收藏

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