- 相關(guān)推薦
C++和操作系統面試問(wèn)題分類(lèi)
inline的使用是有所限制的,inline只適合函數體內代碼簡(jiǎn)單的函數使用,不能包含復雜的結構控制語(yǔ)句例如while switch,并且不能內聯(lián)函數本身不能是直接遞歸函數(自己內部還調用自己的函數)
C++多態(tài)實(shí)現機制:在C++中,對于有 virtual的類(lèi),其sizeof會(huì )比正常情況多處4個(gè)字節。既在類(lèi)的最開(kāi)始四個(gè)字節,放的是VTABLE表的地址(void *類(lèi)型)。而在VTABLE中,所有虛函數是以指針數組的形式存放。 對于派生的類(lèi),即時(shí)沒(méi)有重載基類(lèi)的虛函數,也會(huì )在其VTABLE占用一格。造成空間上的浪費。非虛基類(lèi)沒(méi)有VTABLE,VTABLE是在構造的時(shí)候編譯器生成的。
線(xiàn)程和進(jìn)程:進(jìn)程是操作系統資源分配的最小單位,線(xiàn)程是CPU運行的最小單位。linux中,使用的是用戶(hù)線(xiàn)程(對應核心線(xiàn)程:線(xiàn)程管理由內核實(shí)現),而且是1:1形式,既每一個(gè)線(xiàn)程,都對應內核中的一個(gè)輕量級進(jìn)程,調度由內核實(shí)現,但是線(xiàn)程的管理(比如產(chǎn)生和結束),均有一個(gè)管理線(xiàn)程實(shí)現。管理線(xiàn)程在第一次調用pthread_create的時(shí)候生成。
軟件開(kāi)發(fā)流程:
需求分析和項目計劃:可行性計劃,項目計劃,需求分析,測試計劃
軟件設計說(shuō)明書(shū):功能設計說(shuō)明書(shū),實(shí)現設計說(shuō)明書(shū)
使用手冊
測試報告
項目總結
C++繼承機制:
n類(lèi)成員的訪(fǎng)問(wèn)控制方式
public:類(lèi)本身、派生類(lèi)和其它類(lèi)均可訪(fǎng)問(wèn);
protected:類(lèi)本身和派生類(lèi)均可訪(fǎng)問(wèn),其它類(lèi)不能訪(fǎng)問(wèn);
private(默認):類(lèi)本身可訪(fǎng)問(wèn),派生類(lèi)和其它類(lèi)不能訪(fǎng)問(wèn)。
繼承成員的訪(fǎng)問(wèn)控制規則
——由父類(lèi)成員的訪(fǎng)問(wèn)控制方式和繼承訪(fǎng)問(wèn)控制方式共同決定
private+public(protectd,private)=>不可訪(fǎng)問(wèn)
pubic(protected)+public=>public(protected)
public(protected)+protected=>protected
public(protected)+private(默認)=>private
C++中的模板和virtual異同? ==>?
private繼承和public繼承區別? ==>?
6. static有什么用途?(請至少說(shuō)明兩種)
1.限制變量的作用域
2.設置變量的存儲域
7. 引用與指針有什么區別?
1) 引用必須被初始化,指針不必。
2) 引用初始化以后不能被改變,指針可以改變所指的對象。
3) 不存在指向空值的引用,但是存在指向空值的指針。
8. 描述實(shí)時(shí)系統的基本特性
在特定時(shí)間內完成特定的任務(wù),實(shí)時(shí)性與可靠性
9. 全局變量和局部變量在內存中是否有區別?如果有,是什么區別?
全局變量?jì)Υ嬖陟o態(tài)數據區,局部變量在堆棧
10. 什么是平衡二叉樹(shù)?
左右子樹(shù)都是平衡二叉樹(shù) 且左右子樹(shù)的深度差值的絕對值不大于1
11. 堆棧溢出一般是由什么原因導致的?
沒(méi)有回收垃圾資源
12. 什么函數不能聲明為虛函數?
constructor ==>C++中的類(lèi)的構造函數聲明
13. 冒泡排序算法的時(shí)間復雜度是什么?
O(n^2)
14. 寫(xiě)出float x 與“零值”比較的if語(yǔ)句。
if(x>0.000001&&x<-0.000001)
16. Internet采用哪種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議?該協(xié)議的主要層次結構?
tcp/ip 應用層/傳輸層/網(wǎng)絡(luò )層/數據鏈路層/物理層
17. Internet物理地址和IP地址轉換采用什么協(xié)議?
ARP (Address Resolution Protocol)(地址解析協(xié)議)
18.IP地址的編碼分為哪倆部分?
IP地址由兩部分組成,網(wǎng)絡(luò )號和主機號。不過(guò)是要和“子網(wǎng)掩碼”按位與上之后才能區分哪些是網(wǎng)絡(luò )位哪些是主機位。
19.用戶(hù)輸入M,N值,從1至N開(kāi)始順序循環(huán)數數,每數到M輸出該數值,直至全部輸出。寫(xiě)出C程序。
循環(huán)鏈表,用取余操作做 ——>??
20.不能做switch()的參數類(lèi)型是:
SWITH(表達式),表達式可以是整型、字符型以及枚舉類(lèi)型等表達式。
switch的參數不能為實(shí)型。
淺談C/C++中Static的作用
1.先來(lái)介紹它的第一條也是最重要的一條:隱藏。
當我們同時(shí)編譯多個(gè)文件時(shí),所有未加static前綴的全局變量和函數都具有全局可見(jiàn)性。為理解這句話(huà),我舉例來(lái)說(shuō)明。我們要同時(shí)編譯兩個(gè)源文件和一個(gè)Makefile,一個(gè)是a.c,另一個(gè)是main.c.下面是a.c的內容:#include
char a = ’A’; //global variable
void msg()
{ printf(”Hello\n”);}下面是main.c的內容:#include
int main(void)
{ extern char a; // extern variable must be declared before use printf(”%c “, a);(void)msg();return 0;}下面是Makefile的內容:CC =gcc
SRC := $(shell ls *.c)
OBJS := $(patsubst %.c, %.o, $(SRC))
TARGET := Main
$(TARGET): $(OBJS)
$(CC) $(LIBS) -o $@ $^
%.o: %.c $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:rm -f $(TARGET) *.o程序的運行結果是:A Hello你可能會(huì )問(wèn):為什么在a.c中定義的全局變量a和函數msg能在main.c中使用?前面說(shuō)過(guò),所有未加static前綴的全局變量和函數都具有全 局可見(jiàn)性,其它的源文件也能訪(fǎng)問(wèn)。此例中,a是全局變量,msg是函數,并且都沒(méi)有加static前綴,因此對于另外的源文件main.c是可見(jiàn)的。
如果加了static,就會(huì )對其它源文件隱藏。例如在a和msg的定義前加上static,main.c就看不到它們了。利用這一特性可以在不同的 文件中定義同名函數和同名變量,而不必擔心命名沖突。Static可以用作函數和變量的前綴,對于函數來(lái)講,static的作用僅限于隱藏,而對于變 量,static還有下面兩個(gè)作用。
2.static的第二個(gè)作用是保持變量?jì)热莸某志谩?/p>
存儲在靜態(tài)數據區的變量會(huì )在程序剛開(kāi)始運行時(shí)就完成初始化,也是唯一的一次初始化。共有兩種變量存儲在靜態(tài)存儲區:全局變量和static變量,只 不過(guò)和全局變量比起來(lái),static可以控制變量的可見(jiàn)范圍,說(shuō)到底static還是用來(lái)隱藏的。雖然這種用法不常見(jiàn),但我還是舉一個(gè)例子。
#include int fun(void){ static int count = 10; // 事實(shí)上此賦值語(yǔ)句從來(lái)沒(méi)有執行過(guò)return count——;} int count = 1;int main(void)
{ printf(”global\t\tlocal static\n”);for(; count <= 10; ++count)
printf(”%d\t\t%d\n”, count, fun());return 0;}程序的運行結果是:global local static 1 10 2 9 3 8 4 7 5 6 6 5 7 4 8 3 9 2 10 1 3.static的第三個(gè)作用是默認初始化為0.其實(shí)全局變量也具備這一屬性,因為全局變量也存儲在靜態(tài)數據區。
在靜態(tài)數據區,內存中所有的字節默認值都是0×00,某些時(shí)候這一特點(diǎn)可以減少程序員的工作量。比如初始化一個(gè)稀疏矩陣,我們可以一個(gè)一個(gè)地把所有 元素都置0,然后把不是0的幾個(gè)元素賦值。如果定義成靜態(tài)的,就省去了一開(kāi)始置0的操作。再比如要把一個(gè)字符數組當字符串來(lái)用,但又覺(jué)得每次在字符數組末 尾加‘\0’太麻煩。如果把字符串定義成靜態(tài)的,就省去了這個(gè)麻煩,因為那里本來(lái)就是‘\0’。不妨做個(gè)小實(shí)驗驗證一下。
#include int a;int main(void)
{ int i;static char str[10];printf(”integer: %d; string: (begin)%s(end)”, a, str);return 0;}程序的運行結果如下integer: 0; string: (begin)(end)
最后對static的三條作用做一句話(huà)總結。首先static的最主要功能是隱藏,其次因為static變量存放在靜態(tài)存儲區,所以它具備持久性和默認值0.
C++內存泄漏的發(fā)生方式
以發(fā)生的方式來(lái)分類(lèi),內存泄漏可以分為4類(lèi):
1. 常發(fā)性?xún)却嫘孤。發(fā)生內存泄漏的代碼會(huì )被多次執行到,每次被執行的時(shí)候都會(huì )導致一塊內存泄漏。比如例二,如果Something()函數一直返回True,那么pOldBmp指向的HBITMAP對象總是發(fā)生泄漏。
2. 偶發(fā)性?xún)却嫘孤。發(fā)生內存泄漏的代碼只有在某些特定環(huán)境或操作過(guò)程下才會(huì )發(fā)生。比如例二,如果Something()函數只有在特定環(huán)境下才返回 True,那么pOldBmp指向的HBITMAP對象并不總是發(fā)生泄漏。常發(fā)性和偶發(fā)性是相對的。對于特定的環(huán)境,偶發(fā)性的也許就變成了常發(fā)性的。所以測試環(huán)境和測試方法對檢測內存泄漏至關(guān)重要。
3. 一次性?xún)却嫘孤。發(fā)生內存泄漏的代碼只會(huì )被執行一次,或者由于算法上的缺陷,導致總會(huì )有一塊僅且一塊內存發(fā)生泄漏。比如,在類(lèi)的構造函數中分配內存,在析構函數中卻沒(méi)有釋放該內存,但是因為這個(gè)類(lèi)是一個(gè)Singleton,所以?xún)却嫘孤┲粫?huì )發(fā)生一次。另一個(gè)例子:
char* g_lpszFileName = NULL;
void SetFileName( const char* lpcszFileName ) |
例三
如果程序在結束的時(shí)候沒(méi)有釋放g_lpszFileName指向的字符串,那么,即使多次調用SetFileName(),總會(huì )有一塊內存,而且僅有一塊內存發(fā)生泄漏。
4. 隱式內存泄漏。程序在運行過(guò)程中不停的分配內存,但是直到結束的時(shí)候才釋放內存。嚴格的說(shuō)這里并沒(méi)有發(fā)生內存泄漏,因為最終程序釋放了所有申請的內存。但是對于一個(gè) 服務(wù)器程序,需要運行幾天,幾周甚至幾個(gè)月,不及時(shí)釋放內存也可能導致最終耗盡系統的所有內存。所以,我們稱(chēng)這類(lèi)內存泄漏為隱式內存泄漏。舉一個(gè)例子:
class Connection
class ConnectionManager |
例四
假設在Client從Server端斷開(kāi)后,Server并沒(méi)有呼叫OnClientDisconnected()函數,那么代表那次連接的 Connection對象就不會(huì )被及時(shí)的刪除(在Server程序退出的時(shí)候,所有Connection對象會(huì )在ConnectionManager的析構函數里被刪除)。當不斷的有連接建立、斷開(kāi)時(shí)隱式內存泄漏就發(fā)生了。
從用戶(hù)使用程序的角度來(lái)看,內存泄漏本身不會(huì )產(chǎn)生什么危害,作為一般的用戶(hù),根本感覺(jué)不到內存泄漏的存在。真正有危害的是內存泄漏的堆積,這會(huì )最終消耗盡系統所有的內存。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),一次性?xún)却嫘孤┎](méi)有什么危害,因為它不會(huì )堆積,而隱式內存泄漏危害性則非常大,因為較之于常發(fā)性和偶發(fā)性?xún)却嫘孤┧y被檢測到。
c++內存泄漏檢測
檢測內存泄漏的方法多種多樣,有使用內存泄漏檢測工具(比如BoundsChecker)檢測內存泄漏;有直接看代碼檢測代碼邏輯,看那些地方是否沒(méi)有釋放內存。一般地靜態(tài)內存泄漏通過(guò)工具與代碼檢查很容易找到泄漏點(diǎn);動(dòng)態(tài)的內存泄漏很難查,一般通過(guò)在代碼中加斷點(diǎn)跟蹤和 Run-Time內存檢測工具來(lái)查找。
總的來(lái)說(shuō),要檢查內存泄漏分幾個(gè)步驟:
1、首先寫(xiě)代碼時(shí)要控制內存的釋放,比如new之后要delete,看析構函數是否真的執行(很多人編寫(xiě)釋放內存的代碼在析構函數中處理的),如果沒(méi)有真正執行,就需要動(dòng)態(tài)釋放對象;前段時(shí)間在一個(gè)項目中使用了單例模式對象,將構造函數和析構函數設置成保護類(lèi)型,在運行代碼時(shí)退出時(shí)不執行到析構函數里面(具體也不知道什么原因),最后只有手動(dòng)刪除對象。
2、其次讓程序長(cháng)時(shí)間運行,看任務(wù)管理器對應程序內存是不是一直向上增加;
3、最后使用常用內存泄漏檢測工具來(lái)檢測內存泄漏點(diǎn)。
文本主要描述一些內存泄漏檢測工具功能介紹與簡(jiǎn)單使用方法。
一、對于VS2005/VS2008編譯器自帶的內存檢測工具/函數。
在 main() 函數開(kāi)頭加上:
#include “crtdbg.h”
_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF|_CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
二、用BoundsChecker之類(lèi)的工具。
BoundsChecker 是一個(gè)Run-Time錯誤檢測工具,它主要定位程序在運行時(shí)期發(fā)生的各種錯誤。BoundsChecker能檢測的錯誤包括:
1、指針操作和內存、資源泄露錯誤,比如:
內存泄露;
資源泄露;
對指針變量的錯誤操作。
2、內存操作方面的錯誤,比如:
內存讀、寫(xiě)溢出;
使用未初始化的內存。
3、API函數使用錯誤
三、linux下可以用valgrind檢測內存泄露錯誤。
四、purify工具,這個(gè)是專(zhuān)門(mén)檢測內存的,包括泄露、越界、指針跑飛等都可以檢查,在VC上使用方便。
五、用Windbg,試過(guò)查句柄泄漏的,比較方便。
六、Visual Leak Detector
Visual Leak Detector是一款用于Visual C++的免費的內存泄露檢測工具。相比較其它的內存泄露檢測工具,它在檢測到內存泄漏的同時(shí),還具有如下特點(diǎn):
1、 可以得到內存泄漏點(diǎn)的調用堆棧,如果可以的話(huà),還可以得到其所在文件及行號;
2、 可以得到泄露內存的完整數據;
3、 可以設置內存泄露報告的級別;
4、 它是一個(gè)已經(jīng)打包的lib,使用時(shí)無(wú)須編譯它的源代碼。而對于使用者自己的代碼,也只需要做很小的改動(dòng);
5、 他的源代碼使用GNU許可發(fā)布,并有詳盡的文檔及注釋。對于想深入了解堆內存管理的讀者,是一個(gè)不錯的選擇。
C++培訓:C/C++中堆和棧的區別
一、預備知識—程序的內存分配
由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個(gè)部分
1、棧區(stack): 由編譯器自動(dòng)分配釋放,存放函數的參數值,局部變量等。其操作方式類(lèi)似于數據結構中的棧。
2、堆區(heap): 一般由程序員分配釋放(malloc/free、new/delete), 若程序員不釋放,程序結束時(shí)可能由操作系統回收。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類(lèi)似于鏈表。
3、全局區(static): 全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區域, 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域,程序結束后由系統釋放。
4、文字常量區: 常量字符串就是放在這里的, 程序結束后由系統釋放。
5、程序代碼區: 存放函數體的二進(jìn)制代碼。
Example:
int a = 0; // 全局初始化區
char *p1; // 全局未初始化區
main()
{
int a; // 棧區
char s[] = “abc”; // 棧區
char *p2; // 棧區
char *p3 = “123456″; // 123456\0在常量區,p3在棧上。
static int c =0; // 全局(靜態(tài))初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); // 分配得來(lái)得10和20字節的區域就在堆區。
strcpy(p1, “123456″); // 123456\0放在常量區,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
2.1 申請方式
棧: 由系統自動(dòng)分配。 例如,聲明在函數中一個(gè)局部變量 int a; 系統自動(dòng)在棧中為a開(kāi)辟空間
堆: 需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數:如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意局部變量p1、p2本身是在棧中的,但是他們指向的申請到的內存是在堆區,這點(diǎn)要明確!
2.2 申請后系統的響應
棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆:首先應該知道操作系統有一個(gè)記錄空閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時(shí), 會(huì )遍歷該鏈表,尋找第一個(gè)空間大于所申請空間的堆結點(diǎn),然后將該結點(diǎn)從空閑結點(diǎn)鏈表中刪除,并將該結點(diǎn)的空間分配給程序,另外,對于大多數系統,會(huì )在這塊內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存空間。另外,由于找到的堆結點(diǎn)的大小不一定正好等于申請的大小,系統會(huì )自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。
2.3 申請大小的限制
棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存區域。這句話(huà)的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,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),如果申請的空間超過(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:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由于系統是用鏈表來(lái)存儲的空閑內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見(jiàn),堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
2.4 申請效率的比較:
棧:由系統自動(dòng)分配,速度較快。但程序員是無(wú)法控制的。
堆:是由malloc/new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內存碎片,不過(guò)用起來(lái)最方便。
2.5 堆和棧中的存儲內容
棧: 在函數調用時(shí),第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數中的下一條指令(函數調用語(yǔ)句的下一條可執行語(yǔ)句)的地址,然后是函數的各個(gè)參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧的,然后是函數中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當本次函數調用結束后,局部變量先出棧,然后是參數,最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點(diǎn)繼續運行。
堆:一般是在堆的頭部用一個(gè)字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。
2.6 存取效率的比較
char s1[] = “aaaaaaaaaaaaaaa”;
char *s2 = “bbbbbbbbbbbbbbbbb”;
aaaaaaaaaaa是在運行時(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,在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。
比如:
#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = “1234567890″;
char *p =”1234567890″;
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
對應的匯編代碼
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edx讀取字符,顯然慢了。
三、 小結
堆和棧的區別可以用如下的比喻來(lái)看出: 使用棧就象我們去飯館里吃飯,只管點(diǎn)菜(發(fā)出申請)、付錢(qián)、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會(huì )切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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。
還有就是函數調用時(shí)會(huì )在棧上有一系列的保留現場(chǎng)及傳遞參數的操作。棧的空間大小有限定,VC的缺省是2M。棧不夠用的情況一般是程序中分配了大量數組和遞歸函數層次太深。有一點(diǎn)必須知道,當一個(gè)函數調用完返回后它會(huì )釋放該函數中所有的?臻g。棧是由編譯器自動(dòng)管理的,不用你操心。堆是動(dòng)態(tài)分配內存的,并且你可以分配使用很大的內存。但是用不好會(huì )產(chǎn)生內存泄漏。并且頻繁地malloc和free會(huì )產(chǎn)生內存碎片(有點(diǎn)類(lèi)似磁盤(pán)碎片),因為C分配動(dòng)態(tài)內存時(shí)是尋找匹配的內存的。而用棧則不會(huì )產(chǎn)生碎片。在棧上存取數據比通過(guò)指針在堆上存取數據快些。一般大家說(shuō)的堆棧和棧是一樣的,就是棧(stack),而說(shuō)堆時(shí)才是堆heap。棧是先入后出的,一般是由高地址向低地址生長(cháng)。
c++內存分配的五種方法
在C++中,內存分成5個(gè)區,他們分別是堆、棧、自由存儲區、全局/靜態(tài)存儲區和常量存儲區。
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)清楚的變量的存儲區。里面的變量通常是局部變量、函數參數等。
堆,就是那些由new分配的內存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個(gè)new就要對應一個(gè)delete。如果程序員沒(méi)有釋放掉,那么在程序結束后,操作系統會(huì )自動(dòng)回收。
自由存儲區,就是那些由malloc等分配的內存塊,他和堆是十分相似的,不過(guò)它是用free來(lái)結束自己的生命的。
全局/靜態(tài)存儲區,全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內存中,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)區分了,他們共同占用同一塊內存區。
常量存儲區,這是一塊比較特殊的存儲區,他們里面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過(guò)非正當手段也可以修改,而且方法很多,在《const的思考》一文中,我給出了6種方法)
明確區分堆與棧
在bbs上,堆與棧的區分問(wèn)題,似乎是一個(gè)永恒的話(huà)題,由此可見(jiàn),初學(xué)者對此往往是混淆不清的,所以我決定拿他第一個(gè)開(kāi)刀。
首先,我們舉一個(gè)例子:
void f() { int* p=new int[5]; }
這條短短的一句話(huà)就包含了堆與棧,看到new,我們首先就應該想到,我們分配了一塊堆內存,那么指針p呢?他分配的是一塊棧內存,所以這句話(huà)的意思就是:在棧內存中存放了一個(gè)指向一塊堆內存的指針p。在程序會(huì )先確定在堆中分配內存的大小,然后調用operator new分配內存,然后返回這塊內存的首地址,放入棧中,他在VC6下的匯編代碼如下:
00401028 push 14h
0040102A call operator new (00401060)
0040102F add esp,4
00401032 mov dWord ptr [ebp-8],eax
00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]
00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax
這里,我們?yōu)榱撕?jiǎn)單并沒(méi)有釋放內存,那么該怎么去釋放呢?是delete p么?澳,錯了,應該是delete []p,這是為了告訴編譯器:我刪除的是一個(gè)數組,VC6就會(huì )根據相應的Cookie信息去進(jìn)行釋放內存的工作。
好了,我們回到我們的主題:堆和棧究竟有什么區別?
主要的區別由以下幾點(diǎn):
1、管理方式不同;
2、空間大小不同;
3、能否產(chǎn)生碎片不同;
4、生長(cháng)方向不同;
5、分配方式不同;
6、分配效率不同;
管理方式:對于棧來(lái)講,是由編譯器自動(dòng)管理,無(wú)需我們手工控制;對于堆來(lái)說(shuō),釋放工作由程序員控制,容易產(chǎn)生memory leak。
空間大。阂话銇(lái)講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個(gè)角度來(lái)看堆內存幾乎是沒(méi)有什么限制的。但是對于棧來(lái)講,一般是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的?臻g大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:
打開(kāi)工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內存的頁(yè)文件里面,它設置的較大會(huì )使棧開(kāi)辟較大的值,可能增加內存的開(kāi)銷(xiāo)和啟動(dòng)時(shí)間。
碎片問(wèn)題:對于堆來(lái)講,頻繁的new/delete勢必會(huì )造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對于棧來(lái)講,則不會(huì )存在這個(gè)問(wèn)題,因為棧是先進(jìn)后出的隊列,他們是如此的一一對應,以至于永遠都不可能有一個(gè)內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的后進(jìn)的棧內容已經(jīng)被彈出,詳細的可以參考數據結構,這里我們就不再一一討論了。
生長(cháng)方向:對于堆來(lái)講,生長(cháng)方向是向上的,也就是向著(zhù)內存地址增加的方向;對于棧來(lái)講,它的生長(cháng)方向是向下的,是向著(zhù)內存地址減小的方向增長(cháng)。
分配方式:堆都是動(dòng)態(tài)分配的,沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式:靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的,比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數進(jìn)行分配,但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的,他的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放,無(wú)需我們手工實(shí)現。
分配效率:棧是機器系統提供的數據結構,計算機會(huì )在底層對棧提供支持:分配專(zhuān)門(mén)的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專(zhuān)門(mén)的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會(huì )按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒(méi)有足夠大小的空間(可能是由于內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會(huì )分到足夠大小的內存,然后進(jìn)行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
從這里我們可以看到,堆和棧相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片;由于沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的系統支持,效率很低;由于可能引發(fā)用戶(hù)態(tài)和核心態(tài)的切換,內存的申請,代價(jià)變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數的調用也利用棧去完成,函數調用過(guò)程中的參數,返回地址,EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以,我們推薦大家盡量用棧,而不是用堆。
雖然棧有如此眾多的好處,但是由于和堆相比不是那么靈活,有時(shí)候分配大量的內存空間,還是用堆好一些。
無(wú)論是堆還是棧,都要防止越界現象的發(fā)生(除非你是故意使其越界),因為越界的結果要么是程序崩潰,要么是摧毀程序的堆、棧結構,產(chǎn)生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過(guò)程中,沒(méi)有發(fā)生上面的問(wèn)題,你還是要小心,說(shuō)不定什么時(shí)候就崩掉,那時(shí)候debug可是相當困難的:)
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