delphi中堆和棧的區(qū)別.doc

delphi 堆和棧轉2.1 棧棧是由操作系統在創(chuàng)建線程的時候，系統自動創(chuàng)建，棧是由頂像下分配的，DELPHI中默認的棧大小是1M，這個可以通過Project-Options-Linker-Max Stack size來改變其大小。棧是線程執(zhí)行代碼的地方，操作系統根據系統調度算法來加載執(zhí)行的代碼，另外棧還存放函數的參數值，局部變量。棧的存取是按4字節(jié)偏移，不會根據需要動態(tài)增長，因此超出范圍會報棧溢出。2.2 堆我們把在棧之外的分配內存都叫在堆上分配內存，堆是由程序員分配釋放。在DELPHI中是用GetMem.inc中的代碼來管理堆的，堆中包含許多大小不確定的塊。初始狀態(tài)下，堆僅有一個塊，即堆本身。經過一段時間地取用和回收以后，堆中將可能只剩下一些“切割”后殘余的“碎片”，且這些碎片可能已經無法再合并。此時，如果一個新的請求大于任何一個碎片，那么就必須再申請一個新的、大的塊放在堆中。堆的使用永遠是一個“拆東墻補西墻”的過程。堆的大小是2G，在擴展內存模式下能達到3G。注意它與數據結構中的堆是兩回事，它的分配方式類似于鏈表，訪問“堆”的內容的時候需要先找到這個“堆”，然后再遍歷鏈表，因此“堆”訪問會比“棧”慢。2.3 哪些在棧中2.3.1 獲取棧的首尾地址獲取通常情況下的棧地址在寫匯編的時候，我們知道esp存放棧頂指針，ebp存放棧底指針procedure GetStackAddress(var AStackTop, AStackBottom: Cardinal);begin asm mov eax, esp; /棧頂，eax接收第一個參數 mov edx, ebp; /棧底，edx接收第二個參數 end;end;獲取異常發(fā)生時的棧地址在Windows下，FS:4存放發(fā)生異常時的棧頂指針。procedure GetStackAddress(var AStackTop, AStackBottom: Cardinal);begin asm mov ecx, FS:4; /FS:4放置發(fā)生異常時的棧信息 sub ecx, 3; mov eax, eax; /棧頂，eax接收第一個參數 mov edx, ebp; /棧低，edx接收第二個參數 end;end;知道了棧的首尾地址之后，我們就可以取出變量地址，然后和棧的地址比較，如果超出棧的范圍，則表示變量在堆中。2.3.2基本數據類型：函數體中-棧；類中-堆基本數據類型（Integer、Cardinal、Shortint、Smallint、Longint、Int64、Byte、Word、LongWord、Char）在函數體內分配是在棧中的，如果在類中分配則是在堆中的。另外Int64也是在棧中分配的，它具體的分配是偏移8字節(jié)。我們寫下如下測試代碼：procedure TestInt64;var Value: Int64; StackTop, StackBottom: Cardinal;begin Value := 10; GetStackAddress(StackTop, StackBottom); ShowMessage(Format(StackTop: %s, StackBottom: %s; Int64 Address: %s, IntToHex(StackTop, 8), IntToHex(StackBottom, 8), IntToHex(Integer(Value), 8);end;我電腦測試顯示的信息為StackTop: 0012F5E0, StackBottom: 0012F628; Int64 Address: 0012F620，從上面信息我們可以看出棧底偏8字節(jié)就是Value的地址。2.3.3 指針類型：指針-棧，指針的內容-堆指針在函數體內分配，指針的地址是在棧中的，指針的內容是在堆中的。指針如果在類中分配則，指針地址和指針內容都是在堆中的。我們寫下如下測試代碼：procedure TestPointer;var APoint: Pointer; StackTop, StackBottom: Cardinal;begin GetMem(APoint, 1000); GetStackAddress(StackTop, StackBottom); ShowMessage(Format(StackTop: %s, StackBottom: %s; Pointer Address: %s; Pointer Content Address: %s, IntToHex(StackTop, 8), IntToHex(StackBottom, 8), IntToHex(Integer(APoint), 8), IntToHex(Integer(APoint), 8);end;我的電腦測試顯示的信息為StackTop: 0012F568, StackBottom: 0012F5B8; Pointer Address: 0012F5B4; Pointer Content Address: 00A3FD10，從上面的信息我們可以棧底偏4字節(jié)就是指針的地址。2.3.4 固定數組：函數體中-棧；類中-堆固定數組在函數體內分配是在棧中的，如果在類中分配則是在堆中的。因此不能函數體內分配超過1M大小的固定數組，否則會造成棧溢出。我們寫下如下測試代碼：type TFixArray = array0.9 of Integer;procedure TestFixArray;var FixArray: TFixArray; StackTop, StackBottom: Cardinal;begin FixArray0 := 10; GetStackAddress(StackTop, StackBottom); ShowMessage(Format(StackTop: %s, StackBottom: %s; Int64 Address: %s, IntToHex(StackTop, 8), IntToHex(StackBottom, 8), IntToHex(Integer(FixArray0), 8);end;我的電腦測試顯示的信息為StackTop: 0012F550, StackBottom: 0012F5B8; Fix Array Address: 0012F588，從上面的信息我們可以看出固定數組是在棧中的，動態(tài)數組類似指針，只是動態(tài)數組的指針在棧中，動態(tài)數組的內容是在堆中的。另外我們從匯編代碼也可以看出相同的信息，FixArray0 := 10對應的匯編代碼是mov ebp-$30,$0000000a，ebp指向棧底，因此我們可以看出動態(tài)數組的內存是在棧中的。2.3.5 結構體：函數體中-棧；類中-堆結構體在函數體內分配是在棧中的，在類中分配則是在堆中的，如果結構體內含有string等指針類型，則指針的地址在棧內，指針的內容是在堆中的。在函數體內分配超過1M大小的結構體也會造成棧溢出。我們寫下如下測試代碼：type TRecord = record Value: string; Len: Integer; end;procedure TestRecord;var PntRecord: TRecord; StackTop, StackBottom: Cardinal;begin PntRecord.Value := Test; GetStackAddress(StackTop, StackBottom); ShowMessage(Format(StackTop: %s, StackBottom: %s; Record Address: %s; Record Pointer Address: %s, IntToHex(StackTop, 8), IntToHex(StackBottom, 8), IntToHex(Integer(PntRecord), 8), IntToHex(Integer(PChar(PntRecord.Value), 8);end;我的電腦測試顯示的信息為StackTop: 0012F564, StackBottom: 0012F5B8; Record Address: 0012F5B0; Record Pointer Address: 0045F4B4，從上面的信息我們可以看出結構體是在棧中的，結構體指針和指針一樣。2.4 哪些在堆中用內存申請函數申請的內存都是在堆中的，如用New、GetMem、StrAlloc、AllocMem、SysGetMem，哪些自管理類型string、動態(tài)數組的內容都是在堆中的，下面我們給出結論，測試代碼大家可以仿照上面的判斷變量是否在棧中的代碼編寫。2.4.1 指針指向的內容是在堆中2.4.2 動態(tài)數組的內容是在堆中2.4.3 String、ShortString、WideString的內容是在堆中2.4.4 變體Variant、OleVariant的內容是在堆中變體類型是一個結構體，它的定義是：TVarData = packed record case Integer of 0: (VType: TVarType; case Integer of 0: (Reserved1: Word; case Integer of 0: (Reserved2, Reserved3: Word; case Integer of varSmallInt: (VSmallInt: SmallInt); varInteger: (VInteger: Integer); varSingle: (VSingle: Single); varDouble: (VDouble: Double); varCurrency: (VCurrency: Currency); varDate: (VDate: TDateTime); varOleStr: (VOleStr: PWideChar); varDispatch: (VDispatch: Pointer); varError: (VError: HRESULT); varBoolean: (VBoolean: WordBool); varUnknown: (VUnknown: Pointer); varShortInt: (VShortInt: ShortInt); varByte: (VByte: Byte); varWord: (VWord: Word); varLongWord: (VLongWord: LongWord); varInt64: (VInt64: Int64); varString: (VString: Pointer); varAny: (VAny: Pointer); varArray: (VArray: PVarArray); varByRef: (VPointer: Pointer); ); 1: (VLongs: array0.2 of LongInt); ); 2: (VWords: array 0.6 of Word); 3: (VBytes: array 0.13 of Byte); ); 1: (RawData: array 0.3 of LongInt); end;從定義中我們可以看出varOleStr、varString、varArray、varByRef都是在堆中的。2.5 全局變量在堆中全局變量的指針地址和指針內容都是在棧中的，我們把他歸類到堆中。2.6 棧和堆比較2.6.1 棧和堆的管理方式比較棧：由操作系統自動分配，而且在棧上分配內存是由編譯器自動完成的，棧不需要編譯器管理，操作系統自動實現申請釋放；堆：由操作系統提供接口，各個編譯器實現管理方式，由外部程序申請釋放，如果外部程序在程序結束時沒有釋放，由操作系統強行釋放，在DELPHI中是用GetMem.inc來實現內存管理；2.6.2 棧和堆的初始化比較棧：分配的內存不會初始化，是一個垃圾值；堆：分配的內存不會初始化，是一個垃圾值，但是DELPHI默認初始化類變量和全局變量；2.6.3 棧和堆的申請方式比較棧：由系統自動分配，如在函數申明一個局部變量i: Integer；編譯器會自動在棧中分配內存；堆：由程序自己管理，需要程序員自己申請，并指明大小；2.6.4 堆和棧的效率比較棧：在棧上分配空間是直接用add指令，對esp進行移位，例如add esp,-$44，可以在一個指令周期內完成；堆：操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序，另外，對于大多數系統，會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FreeMem語句才能正確的釋放本內存空間。另外由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 在堆中分配內存的時候會用HeapLock和HeapUnlock加鎖，因此在多線程中分配內存是線性的，效率低下；2.6.5 棧和堆的大小限制比較棧：在Windows下棧默認大小是1M, 棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續(xù)的內存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是固定的（是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。 堆：在Windows下默認堆大小是2GB，堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續(xù)的內存區(qū)域。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷