堆栈与函数调用

 

 

堆栈与函数调用 作者 xgywinner 日期 2009-3-18 11:44:00

1) 在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都在栈上创建，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，一般使用寄存器来存取，效率很高，但是分配的内存容量有限。
2) 从堆上分配，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来释放内存。动态内存的生存期由程序员自己决定，使用非常灵活。
3) 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。
4) 文字常量分配在文字常量区，程序结束后由系统释放。
5）程序代码区。

经典实例：（代码来自网络高手，没有找到原作者）

Code
＃i nclude <string>

int a=0;    //全局初始化区
char *p1;   //全局未初始化区
 void 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 = (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");   //123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所向"123456/0"优化成一个地方。
}

 

二 三种内存对象的比较
　　栈对象的优势是在适当的时候自动生成，又在适当的时候自动销毁，不需要程序员操心；而且栈对象的创建速度一般较堆对象快，因为分配堆对象时，会调用operator new操作，operator new会采用某种内存空间搜索算法，而该搜索过程可能是很费时间的，产生栈对象则没有这么麻烦，它仅仅需要移动栈顶指针就可以了。但是要注意的是，通常栈空间容量比较小，一般是1MB～2MB，所以体积比较大的对象不适合在栈中分配。特别要注意递归函数中最好不要使用栈对象，因为随着递归调用深度的增加，所需的栈空间也会线性增加，当所需栈空间不够时，便会导致栈溢出，这样就会产生运行时错误。
　　堆对象创建和销毁都要由程序员负责，所以，如果处理不好，就会发生内存问题。如果分配了堆对象，却忘记了释放，就会产生内存泄漏；而如 果已释放了对象，却没有将相应的指针置为NULL，该指针就是所谓的“悬挂指针”，再度使用此指针时，就会出现非法访问，严重时就导致程序崩溃。但是高效的使用堆对象也可以大大的提高代码质量。比如，我们需要创建一个大对象，且需要被多个函数所访问，那么这个时候创建一个堆对象无疑是良好的选择，因为我们通过在各个函数之间传递这个堆对象的指针，便可以实现对该对象的共享，相比整个对象的传递，大大的降低了对象的拷贝时间。另外，相比于栈空间，堆的容量要大得多。实际上，当物理内存不够时，如果这时还需要生成新的堆对象，通常不会产生运行时错误，而是系统会使用虚拟内存来扩展实际的物理内存。
　　静态存储区。所有的静态对象、全局对象都于静态存储区分配。关于全局对象，是在main()函数执行前就分配好了的。其实，在main()函数中的显示代 码执行之前，会调用一个由编译器生成的_main()函数，而_main()函数会进行所有全局对象的的构造及初始化工作。而在main()函数结束之 前，会调用由编译器生成的exit函数，来释放所有的全局对象。比如下面的代码：

void main（void） { … …// 显式代码 }

实际上，被转化成这样：

void main（void） { _main（）; //隐式代码，由编译器产生，用以构造所有全局对象 … … // 显式代码 … … exit（） ; // 隐式代码，由编译器产生，用以释放所有全局对象 }

　　除了全局静态对象，还有局部静态对象通和class的静态成员，局部静态对象是在函数中定义的，就像栈对象一样，只不过，其前面多了个static关键字。局部静态对象的生命期是从其所在函数第一次被调用，更确切地说，是当第一次执行到该静态对象的声明代码时，产生该静态局部对象，直到整个程序结束时，才销毁该对象。class的静态成员的生命周期是该class的第一次调用到程序的结束。

三 函数调用与堆栈

1)编译器一般使用栈来存放函数的参数，局部变量等来实现函数调用。有时候函数有嵌套调用，这个时候栈中会有多个函数的信息，每个函数占用一个连续的区域。一个函数占用的区域被称作帧（）。同时栈是线程独立的，每个线程都有自己的栈。例如下面简单的函数调用：

另外函数堆栈的清理方式决定了当函数调用结束时由调用函数或被调用函数来清理函数帧，在VC中对函数栈的清理方式由两种：

	参数传递顺序	谁负责清理参数占用的堆栈
__stdcall	从右到左	被调函数
__cdecl	从右到左	调用者

2) 有了上面的知识为铺垫，我们下面细看一个函数的调用时堆栈的变化：

代码如下：

 

Code
int Add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

void main()
{
    int *pi = new int(10);
    int *pj = new int(20);
    int result = 0;
    result = Add(*pi,*pj);
    delete pi;
    delete pj;
}

 

对上面的代码，我们分为四步，当然我们只画出了我们的代码对堆栈的影响，其他的我们假设它们不存在，哈哈!

第一，int *pi = new int(10);   int *pj = new int(20);   int result = 0; 堆栈变化如下：

第二，Add(*pi,*pj);堆栈如下：

第三，将Add的结果给result，堆栈如下：

第四，delete pi;    delete pj; 堆栈如下：

第五，当main()退出后，堆栈如下，等同于main执行前，哈哈！

四 完！

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