嵌入式Linux上的C语言编程实践--第9章 动态内存的堆与栈.pptVIP

第四部分 C语言高级编程 第9章 动态内存的堆与栈 第10章 函数指针的使用 第11章 回调函数的使用 第12章 C语言实现对象编程 在嵌入式C语言程序开发中，一个非常重要的内容就是内存的使用，尤其是动态内存的使用。 C语言中动态内存主要使用堆和栈来实现。 本章主要内容： C语言中程序的存储区域 动态内存的堆与栈的特性 C语言语言与堆、栈的对应关系 堆和栈使用的对比 9.1 程序内存区域的使用 9.1.1 静态内存与动态内存 C语言程序中数据所使用的内存分类： 静态数据存储区 只读数据区（RO Data） 已初始化的读写数据区（RW Data） 未初始化的读写数据区（BSS） 它们都是在程序的编译-连接阶段确定的，在程序运行的初始化阶段，静态存储区将在内存中开辟，其大小和位置在程序的运行过程中都是固定不变的，仅当程序结束时才会被系统收回。 动态数据存储区： 栈（stack） 堆（heap） 它们是在程序运行过程中动态分配的，其大小将在程序运行过程动态地变化。 典型的动态内存管理形式:堆内存和栈内存的分配方向通常是相向的 栈内在从高地址向低地地址分配 堆内存从低地址向高地址分配 动态内存的存储结构 栈 使用线性存储的方式 堆 使用链表来实现 C语言程序的存储区如图9-1所示。 9.1.2 C语言中的动态内存 1.栈内存 栈是一种先入后出FILO(后进先出LIFO)的内存区域。 栈内存由编译器管理 栈内存对应内存中的一块区域，有大小限制。 栈内存的使用依赖于处理器的硬件机制－－栈指针寄存器。 栈指针是一个指向栈内部区域的指针，它的值为一个地址，位于栈内存的上、下界之间。 栈指针将栈区域分为两个部分: 已使用区域 未使用区域 栈内存的增长(生长)方向： 向上增长(生长) 向下增长(生长) 栈指针的变化 在向下增长的栈中，初始时栈指针是指向栈的上界（高地址端），随着入栈数据的增加，栈指针将向低地址端变化，即栈指针将变小。在向上增长的栈中则相反。 栈内存的重要特性：后进先出（LIFO） 栈内存的基本操作： 入栈（PUSH） 出栈（POP） 入栈、出栈过程（以向下增长的满栈为例） 入栈：先修改指针，再放内容，入栈后，指针指向刚入栈的数据 出栈：先取内容，再修改指针，指向下一个要出栈的数据 只能对栈顶数据进行操作。 栈内存是一端固定（栈底），一端浮动（栈顶）的。 空栈和满栈 空栈：栈指针所指的位置没有数据。入栈时，先放数据，后修改指针，出栈时，先修改指针，再取数据。 满栈：栈指针所指的位置总有数据（刚入栈的数据或将要取出的数据） 一个系统是满栈 or 空栈是由处理器结构决定的，与程序的编写无关。 前面演示的是满栈的情况 栈总结： 综合栈的生长方向和指针所指单元是否使用，栈可分为四种情况： 满递增栈：入栈时，指针先增加，再放数据，入栈后，栈指针指向刚入栈的数据；出栈时，先取数据，指针再减少，出栈后栈指针指向下一数据。 满递减栈：入栈时，指针先减小，再放数据，入栈后，栈指针指向刚入栈的数据；出栈时，先取数据，指针再增加，出栈后栈指针指向下一数据。 空递增栈：入栈时，先放数据，指针再增加，入栈后，栈指针指向一个新的空位置；出栈时，指针先减少，再取数据，出栈后栈指针指向的位置的数据已被取出（空位置）。 空递减栈：入栈时，先放数据，指针再减小，入栈后，栈指针指向一个新的空位置；出栈时，指针先增加，再取数据，出栈后栈指针指向的位置的数据已被取出（空位置）。 2.堆内存 在一般的编译系统中，堆内存的分配方向和栈内存是相向的：如，栈内存从高地址向低地址增长时，堆内存便从低地址向高地址分配。 在C语言中，堆内存的分配和释放是通过程序调用C语言的库函数（malloc()、calloc()、realloc()）来实现的。而栈内存是使用处理器的硬件机制实现的。 堆内存的分配过程： 分配：每调用一次malloc()函数，都将返回一个当前分配到的内存区域的首地址（指针），根据指针可访问分配到的堆内存空间 释放：调用free()函数可释放用malloc()函数分配到的内存，不影响其他未释放的堆内存区域的使用。 栈内存和堆内存在分配和使用上的区别： 栈内存只有一个入口点－－栈指针，它的位置是已使用区和未使用区的界限，栈的访问只能通过栈指针及偏移量进行 堆内存可有多个入口点，每次分配得到的指针都是访问的入口点，每个指针指向的区域可被单独释放。 堆内存的分配原则： 堆内存的分配是从堆内存的低地址端开始进行分配，如果低地址端找不到一个满足要求的连续区域，将到较高地址端去分配，直到分配成功时返回分配的内存区域的首地址，或失败时返回NULL。 内存碎片 频繁采用malloc()和free()函数进行不同大小的内存分配和释放操作，将会在内存