C语言深入讲解栈与堆和静态存储区的使用

目录
  • 一、程序中的栈
  • 二、函数的调用过程
  • 三、函数调用的栈变化
  • 四、函数调用栈上的数据
  • 五、程序中的堆
  • 六、程序中的静态存储区
  • 七、小结

一、程序中的栈

  • 栈是现代计算机程序里最为重要的概念之一
  • 栈在程序中用于维护函数调用上下文
  • 函数中的参数和局部变量存储在栈上

栈保存了一个函数调用所需的维护信息

  • 参数
  • 返回地址
  • 局部变量
  • 调用上下文

二、函数的调用过程

每次函数调用都对应着一个栈上的活动记录

  • 调用函数的活动记录位于栈的中部
  • 被调函数的活动记录位于栈的顶部

三、函数调用的栈变化

从main() 开始运行

main() 调用 f()

当从 f() 调用中返回 main()

四、函数调用栈上的数据

  • 函数调用时，对应的栈空间在函数返回前是专用的
  • 函数调用结束后，栈空间将被释放，数据不再有效

下面看一个指向栈数据的指针：

#include <stdio.h>

int* g()
{
    int a[10] = {0};
    return a;
}

void f()
{
    int i = 0;
    int b[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    int *pointer = g();

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        b[i] = pointer[i];
    }
    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d\n", b[i]);
    }
}

int main()
{
    f();
    return 0;
}

输出结果如下：

如果把

for (i = 0; i < 10; i++)

{

b[i] = pointer[i];

}

注释了，直接打印 pointer[i] 里面的数据，如下：

#include <stdio.h>

int* g()
{
    int a[10] = {0};
    return a;
}

void f()
{
    int i = 0;
    int b[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    int *pointer = g();
    /*
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        b[i] = pointer[i];
    }
    */
    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d\n", pointer[i]);
    }
}

int main()
{
    f();
    return 0;
}

输出结果如下：

为什么直接打印 pointer[i] 里面的值会是这样呢？因为 pointer 指向的空间是栈空间，栈空间在 g() 函数返回之后，活动记录就被释放了。被释放后调用 printf 函数，printf 函数需要在栈上面建立一个活动记录。这个活动记录就会有 printf 函数的参数信息和返回值等，所以 pointer 所指向的内存里面的数据由于 printf 函数的调用被改变了。因此，不能返回局部变量的地址，不能返回局部数组的数组名。

五、程序中的堆

  • 堆是程序中一块预留的内存空间，可由程序自由使用
  • 堆中被程序申请使用的内存在被主动释放前将一直有效

为什么有了栈还需要堆?

答：栈上的数据在函数返回后就会被释放掉，无法传递到函数外部，如：局部数组

C语言程序中通过库函数的调用获得堆空间

  • 头文件：malloc.h
  • malloc -- 以字节的方式动态申请堆空间
  • free -- 将堆空间归还给系统

系统对堆空间的管理方式

空闲链表法，位图法，对象池法等等

以 int* p = (int*)malloc(sizeof(int)); 为例，要申请 4 个字节的大小，遍历之后发现跟 5 Bytes 这个节点最接近，找到一个可以用的单元之后，就将这个单元的地址返还给了 p 指针。以前也提过使用 malloc 申请内存空间时返回的内存空间可能比申请的实际内存空间要大一点点，原因就是在空闲链表管理堆空间这样的系统里面，它会找最近的那个，找到后的一般都大于等于所需要的内存空间，假如 5 Bytes 这个节点下所有的空闲内存单元都用完的话，就会找 12 Bytes 节点下的内存单元，这样malloc 返回的内存空间就有可能比自己实际申请的内存空间要大。

六、程序中的静态存储区

  • 静态存储区随着程序的运行而分配空间
  • 静态存储区的生命周期直到程序运行结束
  • 在程序的编译期静态存储区的大小就已经确定
  • 静态存储区主要用于保存全局变量和静态局部变量
  • 静态存储区的信息最终会保存到可执行程序中

下面看一个静态存储区的验证代码：

#include <stdio.h>

int g_v = 1;

static int g_vs  = 2;

void f()
{
    static int g_vl = 3;

    printf("%p\n", &g_vl);
}

int main()
{
    printf("%p\n", &g_v);

    printf("%p\n", &g_vs);

    f();

    return 0;
}

输出结果如下：

可以看到这三个地址是顺序存放的，因为这三个变量都是存放在程序的静态存储区，静态存储区在程序里面有固定的起始地址。

七、小结

栈，堆和静态存储区是程序中的三个基本数据区

  • 栈区主要用于函数调用的使用
  • 堆区主要是用于内存的动态申请和归还
  • 静态存储区用于保存全局变量和静态变量

到此这篇关于C语言深入讲解栈与堆和静态存储区的使用的文章就介绍到这了,更多相关C语言 栈与堆内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

赞 (0)

相关推荐

  • c语言stack(栈)和heap(堆)的使用详解

    c语言stack(栈)和heap(堆)的使用详解

    一.预备知识-程序的内存分配 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,分配方式倒是类似于链表.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

  • 详解C语言之堆栈

    详解C语言之堆栈

    目录 一.何为堆栈? 二.思维导图 三.代码 1.顺序堆栈 2.链式堆栈 总结 一.何为堆栈? a.堆栈是一种特殊的线性表 b.堆栈的数据元素以及数据元素间的逻辑关系和线性表完全相同,其不同点是:线性表允许在任意位置插入和删除数据元素,但堆栈只允许在固定一端进行插入和删除数据元素,所以栈又称为"先进后出"(FILO)或"后进先出"(LIFO)的线性表 c.堆栈中允许进行插入和删除数据元素的一端称为栈顶,另一端称为栈底 d.堆栈的插入操作通常称为进栈或入栈:堆栈的删除

  • C语言堆栈入门指南

    C语言堆栈入门指南 在计算机领域,堆栈是一个不容忽视的概念,我们编写的C语言程序基本上都要用到.但对于很多的初学着来说,堆栈是一个很模糊的概念.堆栈:一种数据结构.一个在程序运行时用于存放的地方,这可能是很多初学者的认识,因为我曾经就是这么想的和汇编语言中的堆栈一词混为一谈.我身边的一些编程的朋友以及在网上看帖遇到的朋友中有好多也说不清堆栈,所以我想有必要给大家分享一下我对堆栈的看法,有说的不对的地方请朋友们不吝赐教,这对于大家学习会有很大帮助. 首先在数据结构上要知道堆栈,尽管我们这么称呼它,

  • C语言解决堆栈括号匹配问题示例详解

    目录 首先构建栈 调用匹配函数 代码调用 1.括号匹配问题就是当遇到{( [这些左括号的时 将括号字符入栈 2.当遇到右括号时判断栈顶元素是不是与左括号匹配如果匹配就出栈 如果不匹配就直接结束程序(即括号匹配失败) 首先构建栈 struct STACK { char num[10]; int top; }; struct STACK* creatstack() { struct STACK* stack = new struct STACK; assert(stack); stack->top

  • 浅析C语言中堆和栈的区别

    浅析C语言中堆和栈的区别

    在计算机领域,堆栈是一个不容忽视的概念,我们编写的C语言程序基本上都要用到.但对于很多的初学着来说,堆栈是一个很模糊的概念. 堆栈:一种数据结构.一个在程序运行时用于存放的地方,这可能是很多初学者的认识,因为我曾经就是这么想的和汇编语言中的堆栈一词混为一谈.我身边的一些编程的朋友以及在网上看帖遇到的朋友中有好多也说不清堆栈,所以我想有必要给大家分享一下我对堆栈的看法,有说的不对的地方请朋友们不吝赐教,这对于大家学习会有很大帮助. 一.前言: C语言程序经过编译连接后形成编译.连接后形成的二进制映

  • 深入浅析C语言中堆栈和队列

    深入浅析C语言中堆栈和队列

    1.堆和栈 (1)数据结构的堆和栈 堆栈是两种数据结构. 栈(栈像装数据的桶或箱子):是一种具有后进先出性质的数据结构,也就是说后存放的先取,先存放的后取.这就如同要取出放在箱子里面底下的东西(放入的比较早的物体),首先要移开压在它上面的物体(放入的比较晚的物体). 堆(堆像一棵倒过来的树):是一种经过排序的树形数据结构,每个结点都有一个值.通常所说的堆的数据结构,是指二叉堆.堆的特点是根结点的值最小(或最大),且根结点的两个子树也是一个堆.由于堆的这个特性,常用来实现优先队列,堆的存取是随意,

  • C语言之栈和堆（Stack && Heap）的优缺点及其使用区别

    一.前言 直到现在,我们已经知道了我们如何声明常量类型,例如int,double,等等,还有复杂的例如数组和结构体等.我们声明他们有各种语言的语法,例如Matlab,Python等等.在C语言中,把这些变量放在栈内存中. 二.基础 1.栈 什么是栈,它是你的电脑内存的一个特别区域,它用来存储被每一个function(包括mian()方法)创建的临时变量.栈是FILO,就是先进后出原则的结构体,它密切的被CPU管理和充分利用.每次function声明一个新的变量,它就会被"推"到栈中.然

  • C语言深入讲解栈与堆和静态存储区的使用

    C语言深入讲解栈与堆和静态存储区的使用

    目录 一.程序中的栈 二.函数的调用过程 三.函数调用的栈变化 四.函数调用栈上的数据 五.程序中的堆 六.程序中的静态存储区 七.小结 一.程序中的栈 栈是现代计算机程序里最为重要的概念之一 栈在程序中用于维护函数调用上下文 函数中的参数和局部变量存储在栈上 栈保存了一个函数调用所需的维护信息 参数 返回地址 局部变量 调用上下文 二.函数的调用过程 每次函数调用都对应着一个栈上的活动记录 调用函数的活动记录位于栈的中部 被调函数的活动记录位于栈的顶部 三.函数调用的栈变化 从main() 开

  • C++中静态存储区与栈以及堆的区别详解

    学习c++如果不了解内存分配是一件非常可悲的事情.而且,可以这样讲,一个C++程序员无法掌握内存.无法了解内存,是不能够成为一个合格的C++程序员的.一.内存基本构成可编程内存在基本上分为这样的几大部分:静态存储区.堆区和栈区.他们的功能不同,对他们使用方式也就不同.静态存储区: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.它主要存放静态数据.全局数据和常量.栈区:在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,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

  • 全局静态存储区、堆区和栈区深入剖析

    在C++中,内存可分为系统数据区,自由存储区,文本区,const数据区,全局静态区,堆区和栈区.其中,系统数据区存放的是系统数据,我们是不能自由访问的,有时候windows系统会突然弹出一个消息框,内容是"内存不能为read"就是错误访问系统数据区的结果:自由存储区用来存放由C延伸而来的malloc()函数所分配的数据:文本区存放着我们的函数代码,我们调用函数时的底层行为就类似于先去操作一个指针,而这个指针就指向函数指令所在的地址,也就是在文本区中:const数据区,顾名思义,就是存放

  • C++ 自由存储区是否等价于堆你知道吗

    目录 free store" VS "heap" 问题的来源 结论 free store" VS "heap" 当我问你C++的内存布局时,你大概会回答: "在C++中,内存区分为5个区,分别是堆.栈.自由存储区.全局/静态存储区.常量存储区". 如果我接着问你自由存储区与堆有什么区别,你或许这样回答: "malloc在堆上分配的内存块,使用free释放内存,而new所申请的内存则是在自由存储区上,使用delete来

  • C语言全方位讲解指针与地址和数组函数堆空间的关系

    C语言全方位讲解指针与地址和数组函数堆空间的关系

    目录 一.一种特殊的变量-指针 二.深入理解指针与地址 三.指针与数组(上) 四.指针与数组(下) 五.指针与函数 六.指针与堆空间 七.指针专题经典问题剖析 一.一种特殊的变量-指针 指针是C语言中的变量 因为是变量,所以用于保存具体值 特殊之处,指针保存的值是内存中的地址 内存地址是什么? 内存是计算机中的存储部件,每个存储单元有固定唯一的编号 内存中存储单元的编号即内存地址 需要弄清楚的事实 程序中的一切元素都存在于内存中,因此,可通过内存地址访问程序元素. 内存示例 获取地址 C语言中通

  • C语言超详细讲解栈与队列实现实例

    C语言超详细讲解栈与队列实现实例

    目录 1.思考-1 2.栈基本操作的实现 2.1 初始化栈 2.2 入栈 2.3 出栈 2.4 获取栈顶数据 2.5 获取栈中有效元素个数 2.6 判断栈是否为空 2.7 销毁栈 3.测试 3.1测试 3.2测试结果 4.思考-2 5.队列的基本操作实现 5.1 初始化队列 5.2 队尾入队列 5.3 队头出队列 5.4 队列中有效元素的个数 5.5 判断队列是否为空 5.6 获取队头数据 5.7 获取队尾的数据 5.8 销毁队列 6.测试 6.1测试 6.2 测试结果 1.思考-1 为什么栈用

  • C语言超详细讲解栈的实现及代码

    C语言超详细讲解栈的实现及代码

    目录 前言 栈的概念 栈的结构 栈的实现 创建栈结构 初始化栈 销毁栈 入栈 出栈 获取栈顶元素 获取栈中有效元素个数 检测栈是否为空 总代码 Stack.h 文件 Stack.c 文件 Test.c 文件 前言 栈的概念 栈:一种特殊的线性表,其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作.进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶,另一端称为栈底.栈中的数据元素遵守后进先出LIFO(Last In First Out)的原则.有点类似于手枪弹夹,后压进去的子弹总是最先打出,除非枪坏了. 压栈:栈的插入

  • C语言示例代码讲解栈与队列

    C语言示例代码讲解栈与队列

    目录 栈 栈的定义 顺序栈 顺序栈的定义 顺序栈的初始化 顺序栈的入栈 顺序栈的出栈 取顺序栈的栈顶元素 链栈 队列 队列的定义 队列的顺序表达与实现 队列顺序存储结构 假溢出 循环队列 循环队列的初始化 循环队列的入队 循环队列的出队 链队列 链栈的初始化 链栈的入队 链栈的出队 上文详细的讲解了顺序表与链表的实现,相信大家在顺序表与链表的指基础上,很容易就能学会站和队列,废话不多说,我们马上开始! 栈 栈的定义 栈是一种线性表,但限定这种线性表只能在某一端进行插入和删除操作 假设栈 [s =

  • C语言深入讲解之从函数栈帧角度理解return关键字

    C语言深入讲解之从函数栈帧角度理解return关键字

    目录 初识函数栈帧 return 个人总结环节 初识函数栈帧 如上图可见,函数在被调用的时候会现在栈上开辟一个空间,我们称之为栈帧,之后函数内部的变量在这块区域进行空间开辟. 但是函数在调用的时候,怎么知道需要开辟多大空间呢??? void func() { int a, b; double c, d, e; } 按照示例代码,会先对需要的内存空间大小进行预估,然后进行空间开辟. 函数返回时,栈帧会被释放,但是,虽然栈帧被释放,里面的内容是不会被清空的,下面通过以下的例子进行分析. #inclu

随机推荐