關(guān)于堆棧的深入理解

一、這些個(gè)概念怎么來(lái)的以及怎么記得住

這里，只限于整理我個(gè)人對(duì)堆/棧/堆棧在內(nèi)存管理方面的理解。其他，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面講的堆/棧目前不在我整理范圍之內(nèi)。

這里提了三個(gè)概念： 堆，棧，以及堆棧。我把棧和堆棧的概念等同了。所以，接下來(lái)只要把兩個(gè)概念弄清楚就可以了：堆和棧。

先說(shuō)由來(lái)。由于我的工作大部分是和單片機(jī)相關(guān)的，因此也是基于嵌入式的這個(gè)方面的理解。

每片MCU有一定的內(nèi)存，這些內(nèi)存分：程序存儲(chǔ)區(qū)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。舉例就是：我們寫的每行代碼，都會(huì)保存到程序存儲(chǔ)區(qū)里面；而定義的一些全局變量，靜態(tài)變量，局部變量之類的，就保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

程序存儲(chǔ)區(qū)，對(duì)于寫代碼的人來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是黑盒子：只要你的代碼不超過(guò)程序代碼空間，everything will be fine. 代碼究竟是如何執(zhí)行的，取決于你的編程思想，就是說(shuō)，你讓程序往東走，它就會(huì)往東走；讓它原地踏步，它也會(huì)照做；前提是你的代碼要寫好。所以，對(duì)于編程經(jīng) 驗(yàn)成熟的人，同樣的算法，他可能會(huì)少敲幾行代碼，并且算法出錯(cuò)的幾率少一些；不怎么會(huì)編程的人，就多敲幾行，多測(cè)試一下。研究深一些的人，可能還會(huì)對(duì)代碼 執(zhí)行效率深入研究。我決定就此止步。繼續(xù)黑盒子的話題，程序員的代碼會(huì)燒寫到程序存儲(chǔ)區(qū)里面，至于哪條語(yǔ)句存哪里，這個(gè)是不用研究的。反正，一旦發(fā)現(xiàn)軟件 沒(méi)按照你設(shè)計(jì)的那樣跑，基本就是程序自身的問(wèn)題，不是存放程序的存儲(chǔ)區(qū)的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，讓程序員發(fā)揮的空間就很大了。由于程序是動(dòng)態(tài)地執(zhí)行的，執(zhí)行的結(jié)果是怎么樣，會(huì)產(chǎn)生什么數(shù)據(jù)就不是一個(gè)確定的事情。

舉個(gè)例子說(shuō)說(shuō)這個(gè)程序和數(shù)據(jù)之間的表象吧。舉例的事件就是：一個(gè)MP3播放器的上/下鍵的操作。加入在播放器里有10首歌，若當(dāng)前是第3首，那 么按下[上]鍵后，應(yīng)該是播放第2首。因此，實(shí)現(xiàn)播放第2首的，就是程序員寫程序?qū)崿F(xiàn)的，他的代碼讓[上]鍵實(shí)現(xiàn)了能從第3首切換到第2首的操作。這里， 表現(xiàn)的就是代碼。而且，這個(gè)代碼是確切的行為，從第3首按了[上]鍵之后，一定是播放到第2首。這個(gè)是確切的行為，如果不能實(shí)現(xiàn)，就是代碼有bug了，需 要改正。終于可以扯到數(shù)據(jù)了。第2首是什么歌呢？ 就是說(shuō)第2首歌的內(nèi)容是什么呢？ 當(dāng)然在程序員寫代碼的時(shí)候，他是不知道的，他要做的，就是預(yù)先開(kāi)一片數(shù)據(jù)空間，以存放歌曲相關(guān)的數(shù)據(jù)。這片數(shù)據(jù)空間，想放什么就放什么，是靈活的。聽(tīng)煩了 這幾首歌以后，再更換其它音頻文件就是了。再說(shuō)具體一點(diǎn)，程序就相當(dāng)于修的一條路，讓車可以在上面跑；但車上面裝了什么，程序員是不知道的。

堆和棧屬于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的范疇，也可以算是數(shù)據(jù)管理的手段或方法?；诖?，不能一概而論，說(shuō)哪個(gè)手段高明一些；他們也是基于現(xiàn)實(shí)的需要而產(chǎn)生的。黑格爾說(shuō)：存在就是合理的。

這樣的概念大家都不陌生：軍隊(duì)的管理是很嚴(yán)格的，很死板的；但是對(duì)于一些年輕的技術(shù)公司來(lái)說(shuō)，員工就享有很高的自由度。

如果我說(shuō)，墻角邊整齊地?cái)[放著10本書(shū)； 以及墻角邊的書(shū)凌亂地放著。你閉上眼睛，能區(qū)分出兩種畫面嗎？ 如果沒(méi)有，就不用往下看了。

棧的特性，就是嚴(yán)格/有序/規(guī)范的。棧的英文就是Stack. 如果我說(shuō)，there are books stacked in that corner，你應(yīng)該能知道書(shū)是怎么放的吧。

相反，堆呢，就是自由/靈活/隨意的。堆的英文是Heap. 如果我說(shuō)，there are books heaped in that corner，你應(yīng)該能知道書(shū)是怎么放的吧。

二、get closer to the real STACK/HEAP。

棧： 由系統(tǒng)自動(dòng)分配和回收的。

堆： 由程序員分配和回收的。

基于第一部分的理解，不用想都知道，作為“堆”的數(shù)據(jù)空間，也必須是靈活的，因?yàn)槌汕先f(wàn)的程序員在寫什么程序是未知的。但可知道的一點(diǎn)，就是他們是跑在確定的某個(gè)OS里面的。

因此，也不過(guò)就是給系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)空間起了個(gè)名字，就棧；給程序員使用的空間，起了個(gè)名，就堆。

我接下來(lái)就會(huì)廢話：起什么名字都不重要，重要的是，我們得對(duì)這兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的管理的機(jī)制由來(lái)，方法有深刻認(rèn)識(shí)；這樣，即便幾個(gè)世紀(jì)以后它們更名為阿貓阿狗了，我們依然能認(rèn)知它們。

舉例：

void Check_Pro_Code( uint8 style )

{

uint8 i;

switch( style )

{

......

}

}

void main( )

{

uint8 j = 1;

Check_Pro_Code( j );

}

在main()函數(shù)里調(diào)用了Check_Pro_Code(...)函數(shù)，事先要對(duì)j進(jìn)行入棧操作；當(dāng)然這里函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，涉及到幾個(gè)入棧操作：程序的下一個(gè)執(zhí)行地址；局部變量；形參。

這里，我就沒(méi)有深入介紹了。

實(shí)在很慚愧的是，我寫的嵌入式軟件里，沒(méi)有涉及到任何和堆操作相關(guān)的。我就是那樣一個(gè)人，CM3內(nèi)核里也沒(méi)有移植操作系統(tǒng)，實(shí)在是汗顏，因?yàn)楸救藢?duì)RTOS實(shí)在是未曾涉獵。所以，我這里對(duì)于堆的介紹，是沒(méi)有任何實(shí)戰(zhàn)鷹眼的。并且為了堆我就堆了一下。你說(shuō)，這樣算學(xué)術(shù)造假嗎？

void main( )

{

int j=10;

int *p;

p = malloc( 10 ); //話說(shuō)這里就是堆，我是為了用而用，實(shí)在是無(wú)味地很。

p = "123456".

}

三、話說(shuō)堆棧溢出

再次明確，堆棧溢出的堆棧是指棧。

1 當(dāng)C程序函數(shù)的調(diào)用層次過(guò)深或者出現(xiàn)了遞歸調(diào)用，就容易使程序運(yùn)行所需的堆?？臻g超過(guò)系統(tǒng)能提供的最大堆?？臻g范圍，產(chǎn)生堆棧溢出。

這是很明白的，當(dāng)A函數(shù)調(diào)用了B函數(shù)，而B(niǎo)()里面又調(diào)用了C()，C()里又調(diào)用了D()......當(dāng)這樣的調(diào)用太深的時(shí)候，就容易堆棧溢出了。

四、一級(jí)緩存/二級(jí)緩存

棧使用的是一級(jí)緩存， 他們通常都是被調(diào)用時(shí)處于存儲(chǔ)空間中，調(diào)用完畢立即釋放。

堆則是存放在二級(jí)緩存中，生命周期由虛擬機(jī)的垃圾回收算法來(lái)決定（并不是一旦成為孤兒對(duì)象就能被回收）。所以調(diào)用這些對(duì)象的速度要相對(duì)來(lái)得低一些。

棧的優(yōu)勢(shì)是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。

舉個(gè)我知道的例子：

void main( )

{

int i,j;

static int flag = 1;

i = Sum_Of_Group( );

j = Check_Exist( );

}

這里，i,j的值都是給通用寄存器的，而不是給予確切的物理地址。而對(duì)于flag，由于其為靜態(tài)變量，是在SRAM里面分配地址的。這里好像沒(méi)有說(shuō)到一級(jí)緩存二級(jí)緩存。時(shí)間限制，下回述。

五、棧：在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)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(shù)），如果申請(qǐng)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(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見(jiàn)，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

注：該段內(nèi)容100%抄襲，出處：網(wǎng)絡(luò)。

六、如何修改我自己的工程的STACK(以下內(nèi)容不通用）

由于我自己的工程用的是LPC1765，剛好從網(wǎng)絡(luò)抄到了比較有用的圖片。摘于此。其他單片機(jī)的編譯環(huán)境，應(yīng)該也是差不多如法炮制的。

編譯環(huán)境： IAR for ARM.

圖一 ：如何修改STACK的大小

圖二，如何知道自己的工程用了多少堆棧