C++堆棧問題

編寫C++中的兩個類 一個只能在棧中分配空間 一個只能在堆中分配。 

解答：

（1）代碼以下

#include<iostream>  
using namespace std;  
//只能在堆上分配內存  
class HeapOnly  
{  
public:  
    HeapOnly()  
    {  
        cout<<"Construct."<<endl;  
    }  
  
    void destory()  
    {  
        delete this;  
    }  
  
private:  
    ~HeapOnly()  
    {  
  
    }  
};  
  
//只能在棧上分配空間  
class StackOnly  
{  
public:  
    StackOnly()  
    {  
  
    }  
    ~StackOnly()  
    {  
  
    }  
  
private:  
    void* operator new(size_t size)   //將new操做符私有化，在外面沒法調用  
    {  
  
    }  
};  
  
  
int main()  
{  
    HeapOnly *hO=new HeapOnly();  
  
    hO->destory();  
  
    //HeapOnly he; //編譯錯誤：HeapOnly::~HeapOnly」: 沒法訪問 private 成員(在「HeapOnly」類中聲明)，因此不能經過棧來分配這個對象的空間  
  
    StackOnly so;  
  
    //StackOnly *st=new StackOnly();  //StackOnly::operator new」: 沒法訪問 private 成員(在「StackOnly」類中聲明)  
}

（2）堆棧分配內存的介紹

1、一個通過編譯的C/C++的程序佔用的內存分紅如下幾個部分：
一、棧區（stack）：由編譯器自動分配和釋放 ，存放函數的參數值、局部變量的值等，甚至函數的調用過程都是用棧來完成。其操做方式相似於數據結構中的棧。
二、堆區（heap） ：通常由程序員手動申請以及釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式相似於鏈表。
三、全局區（靜態區）（static）：全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。程序結束後由系統釋放空間。
四、文字常量區：常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放空間。
五、程序代碼區：存放函數體的二進制代碼。

下面的例子能夠徹底展現不一樣的變量所佔的內存區域：

//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main(){   
int b; //棧中
char s[] = "abc"; //棧中
char *p2; //棧中
char *p3 = "123456"; //123456/0在常量區，p3在棧上
static int c =0； //全局（靜態）初始化區

//如下分配獲得的10和20字節的區域就在堆區
p1 = (char *)malloc(10);   
p2 = new char[20];//
(char *)malloc(20);strcpy(p1, "123456");
 //123456/0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
}

 

2、棧（stack）和堆（heap）具體的區別。

一、在申請方式上
棧（stack）: 如今不少人都稱之爲堆棧，這個時候實際上仍是指的棧。它由編譯器自動管理，無需咱們手工控制。 例如，聲明函數中的一個局部變量 int b 系統自動在棧中爲b開闢空間；在調用一個函數時，系統自動的給函數的形參變量在棧中開闢空間。
堆（heap）: 申請和釋放由程序員控制，並指明大小。容易產生memory leak。
在C中使用malloc函數。
如：p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符。
如：p2 = new char[20];//(char *)malloc(10);
可是注意p1自己在全局區，而p2自己是在棧中的，只是它們指向的空間是在堆中。

二、申請後系統的響應上
棧（stack）:只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。
堆（heap）: 首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時， 會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序。另外，對於大多數系統，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delete或free語句才能正確的釋放本內存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。

三、申請大小的限制
棧（stack）:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。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定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小。 例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。固然，咱們能夠修改：打開工程，依次操做菜單以下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，而後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意：reserve最小值爲4Byte；commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面，它設置的較大會使棧開闢較大的值，可能增長內存的開銷和啓動時間。

堆（heap）: 堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域（空閒部分用鏈表串聯起來）。正是因爲系統是用鏈表來存儲空閒內存，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。通常來說在32位系統下，堆內存能夠達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。

四、分配空間的效率上
棧（stack）:棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。但程序員沒法對其進行控制。
堆（heap）:是C/C++函數庫提供的，由new或malloc分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片。它的機制是很複雜的，例如爲了分配一塊內存，庫函數會按照必定的算法（具體的算法能夠參考數據結構/操做系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，若是沒有足夠大小的空間（多是因爲內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增長程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，而後進行返回。這樣可能引起用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。顯然，堆的效率比棧要低得多。

五、堆和棧中的存儲內容
棧（stack）:在函數調用時，第一個進棧的是主函數中子函數調用後的下一條指令（子函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是子函數的各個形參。在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是子函數中的局部變量。注意：靜態變量是不入棧的。 當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中子函數調用完成的下一條指令，程序由該點繼續運行。
堆（heap）:通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小，堆中的具體內容有程序員安排。

六、存取效率的比較
這個應該是顯而易見的。拿棧上的數組和堆上的數組來講：

void main()
{   
    int arr[5]={1,2,3,4,5};   
    int *arr1;   
    arr1=new int[5];   
    for (int j=0;j<=4;j++)   {   arr1[j]=j+6;   }  
    int a=arr[1];   
    int b=arr1[1];
}

上面代碼中，arr1（局部變量）是在棧中，可是指向的空間確在堆上，二者的存取效率，固然是arr高。由於arr[1]能夠直接訪問，可是訪問arr1[1]，首先要訪問數組的起始地址arr1，而後才能訪問到arr1[1]。

總而言之，言而總之：
堆和棧的區別能夠用以下的比喻來看出：
使用棧就象咱們去飯館裏吃飯，只管點菜（聲明變量）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，沒必要理會切菜、洗菜等準備工做和洗碗、刷鍋等掃尾工做，他的好處是快捷，可是自由度小。
使用堆就象是本身動手作喜歡吃的菜餚，比較麻煩，可是比較符合本身的口味，並且自由度大。