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C语言的那些小秘密之堆栈

作者:时间:2015-03-02来源:网络收藏
编者按:何为堆栈?首先要明确堆栈是两种数据结构。栈是硬件,堆是一种动态存储结构,但是它们俩个又是如何共存的呢?  

  在讲解之前,我们先要来说说其实我们常说的是两种数据结构。那么什么是堆什么又是栈呢?

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/270300.htm

  栈,是硬件。主要作用表现为一种数据结构,是只能在某一端插入和删除的特殊线性表。它按照后进先出的原则存储数据,先进入的数据被压入栈底,最后的数据在栈顶,需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据(最后一个数据被第一个读出来)。栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top),另一端为栈底(bottom);栈底固定,而栈顶浮动;栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为进栈(PUSH),删除则称为退栈(POP)。 栈也称为先进后出表。栈可以用来在函数调用的时候存储断点,做递归时要用到栈!

  以上定义是在经典计算机科学中的解释。

  在计算机系统中,栈则是一个具有以上属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中,也可以将数据从栈顶弹出。在i386机器中,栈顶由称为esp的寄存器进行定位。压栈的操作使得栈顶的地址减小,弹出的操作使得栈顶的地址增大。

  栈在程序的运行中有着举足轻重的作用。最重要的是栈保存了一个函数调用时所需要的维护信息,这常常称之为帧或者活动记录。堆栈帧一般包含如下几方面的信息:

  1. 函数的返回地址和参数

  2. 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他临时变量。

  堆,是一种动态存储结构,实际上就是数据段中的自由存储区,它是中使用的一种名称,常常用于动态数据的存储分配。堆中存入一数据,总是以2字节的整数倍进行分配,地址向增加方向变动。堆可以不断进行分配直到没有堆空间为止,也可以随时进行释放、再分配,不存在次序问题。

  堆和栈在使用时相向生长,栈向上生长,即向小地址方向生长,而堆向下增长,即向大地址方向,其间剩余部分是自由空间。使用过程中要防止增长过度而导致覆盖。

  一般的程序我们都是使用小内存模式。

  明白了堆和栈的概念之后我们来看一个面试的c语言题目。代码要相关要求如下所示:

  #include

  using namespace std;

  void print()

  {

  //这里进行打印arr数组,print不准传参数

  }

  int main()

  {

  int s=0;

  int ss=0;

  char *str="fdsafdsafdsafdsafdsafdsafdsa";

  char fdsa='f';

  char srt[8];

  int arr[]={32,43,3,567,987,21,56};//数值随即

  print();

  return 0;

  }

  刚刚一开始看到这个题目时,你可能有点发懵,心想可能在不传递参数的情况下打印arr数组的内容,但是看看我们的标题就应该知道该题跟栈有关系,在做之前我们先来回顾几个知识点。

  push操作先修改指针,后将信息入栈。

  ESP为堆栈指针,栈顶有ESP寄存器来定位。压栈的操作使得栈顶的地址减小,弹出的操作使得栈顶的地址增大。

  EBP是32位的BP,EBP是基址指针,EBP与BP的关系就像AX与AL、AH的关系一样。BP为基指针寄存器,用它课直接存取堆栈中的数据,他的作用在调用函数时保存ESP,使函数结束时可以正确返回。

  c的默认函数压栈操作为:

  参数是从右向左压栈的,默认四字节对齐,函数里面定义的变量是默认对齐方式----变量首地址是自身结构体里边最大标准数据类型字节的整数倍。

  我们先来看看上面这段代码的汇编语句:

  //*******************************************start*********************************************//

  .file "push.c"

  .text

  .globl print

  .type print, @function

  print:

  pushl %ebp

  movl %esp, %ebp

  popl %ebp

  ret

  .size print, .-print

  .section .rodata

  .LC0:

  .string "fdsafdsafdsafdsafdsafdsafdsa"

  .text

  .globl main

  .type main, @function

  main:

  pushl %ebp

  movl %esp, %ebp

  andl $-16, %esp

  subl $64, %esp

  movl %gs:20, %eax

  movl %eax, 60(%esp)

  xorl %eax, %eax

  movl $0, 44(%esp)

  movl $0, 40(%esp)

  movl $.LC0, 36(%esp)

  movb $102, 51(%esp)

  movl $32, 8(%esp)

  movl $43, 12(%esp)

  movl $3, 16(%esp)

  movl $567, 20(%esp)

  movl $987, 24(%esp)

  movl $21, 28(%esp)

  movl $56, 32(%esp)

  call print

  movl $0, %eax

  movl 60(%esp), %edx

  xorl %gs:20, %edx

  je .L3

  call __stack_chk_fail

  .L3:

  leave

  ret

  .size main, .-main

  .ident "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.5.2-8ubuntu4) 4.5.2"

  .section .note.GNU-stack,"",@progbits

  //*******************************************end*********************************************//

  看看上面的汇编代码,我们的重点放在红色字体部分,在函数的开头部分都有这么两行代码:

 pushl %ebp --------------------------->保存上一个函数的栈底

  movl %esp, %ebp --------------------------->用来保存当前堆栈指针的值

  ebp存放当前函数栈低的地址,就是说ebp可以看做一个指针,指向栈顶,而其实栈顶存放的数据就是上一个函数的ebp的值,即就是main函数的栈底。

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关键词: C语言 堆栈

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