堆栈的简单认识

　　  写堆栈，一是由于在工做中有时会碰到，脑子里有这个概念可是又没有一个完整的框架；二是我刚开始工做时，导师问我malloc，我竟彻底不知这个函数，更不知道malloc是从堆中分配内存，因此如今补上。

         文中不少语句都是引用他人，无心抄袭，在此说明一下，如有冒犯，请告知。

         这篇文章先从程序内存布局讲起，说明堆栈在Linux进程内存空间中的位置，而后再分别说明堆栈的基本概念、做用。

 

Linux进程内存布局

         现代的应用程序都是运行在内存空间中的，在32位的系统里，这个内存空间拥有4GB的寻址能力。实际上，每一个应用程序（或者说进程）都有本身独立的内存空间，即经过虚拟内存来实现（具体虚拟内存知识暂不介绍）。

         大多数操做系统都会将4GB的内存空间中的一部分分配给内核使用，应用程序没法访问这一段内存，这一部份内存空间称之为内核空间。Linux默认将高地址的1GB内存空间分配给内核。剩下的3GB内存空间称之为用户空间。在用户空间里，也有许多默认的内存区域，例如堆栈，可执行文件映像，保留区。下图是一个Linux典型的内存布局：

                                                           

 

栈

1、什么是栈

         栈是现代计算机程序里最重要的概念之一，几乎每个程序都使用了栈，没有栈就没有函数，没有局部变量。

    在经典的计算机科学中，栈被定义为特殊的容器，用户能够将数据压入栈中（入栈，push），也能够将已经压入栈中的数据弹出（出栈，pop），且栈遵照一条规则，即先入后出。

         经典的操做系统中，栈老是向下生长。在i386下，栈顶由称为esp的寄存器进行定位，压栈的操做会使栈顶的地址减少，弹出的操做使栈顶的地址增大。

2、栈的做用是什么

         栈在程序运行中具备举足轻重的地位，最重要的，栈保存了一个函数调用所须要的维护信息，一般被称为堆栈帧（stack frame）或活动记录。堆栈帧通常包括如下几方面的内容：

    --函数的返回地址和参数

         --临时变量：包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其余临时变量

         --保存的上下文：包括在函数调用先后须要保持不变的寄存器

 

堆

1、堆的定义和做用

         光有栈对于面向过程的程序设计还远远不够，由于栈上的数据在函数返回的时候就会被释放掉，因此没法将数据传递至函数外部。而全局变量没法动态产生，只能在编译的时候定义，不少状况下缺少表现力。在这种状况下，堆（heap）是惟一的选择。

         堆是一块巨大的内存空间，经常占据整个虚拟空间的绝大部分。在这片空间里，程序能够请求一块连续内存，并自由的使用，这块内存在程序主动放弃以前会一直保持有效。

         malloc是libc里面实现的一个函数，中文叫动态内存分配，用于从堆中获取内存。可是malloc是如何实现的呢？有一种实现方法是，将进程的内存管理交给操做系统去处理，既然内核管理着进程的地址空间，那么若是它提供一个系统调用，可让程序使用这个系统调用来申请内存，这是一种理论上可行的方法，可是实际这样去作性能会很是差，由于每次程序申请或者释放堆空间都须要进行系统调用，而系统调用的性能开销很是大，当程序对堆的操做越频繁时，这样作的后果是会严重影响程序的性能。比较好的作法是程序向操做系统申请一块适当大小的空间，而后由程序本身管理，而具体来说，管理着堆空间分配的每每是程序的运行库。

         运行库至关因而向操做系统“批发”了一块较大的堆空间，而后“零售”给程序用。当所有“售完”或者有大量的内存需求时，再根据实际需求向操做系统“进货”。运行库在向程序零售堆空间时，必须管理他批发来的堆空间，不能把同一块地址出售两次，因而运行库须要一个算法来管理堆空间，即堆的分配算法。