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深入分析C++中char * 和char []的區別

編輯:C++入門知識

問題引入:
在實習過程中發現了一個以前一直默認的錯誤,同樣char *c = "abc"和char c[]="abc",前者改變其內
 
容程序是會崩潰的,而後者完全正確。
程序演示:
測試環境Devc++
代碼
運行結果
2293628 4199056 abc
2293624 2293624 abc
2293620 4199056 abc
 
#include <iostream>
using namespace std;
 
main()
{
   char *c1 = "abc";
   char c2[] = "abc";
   char *c3 = ( char* )malloc(3);
   c3 = "abc";
   printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
   printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
   printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
   getchar();
}  
 
參考資料:
首先要搞清楚編譯程序占用的內存的分區形式:
一、預備知識—程序的內存分配
一個由c/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分
1、棧區(stack)—由編譯器自動分配釋放,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似於
 
數據結構中的棧。
2、堆區(heap)—一般由程序員分配釋放,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,分配方式倒是類似於鏈表,呵呵。
3、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一塊區域。程序結束後由系統
 
釋放。
4、文字常量區—常量字符串就是放在這裡的。程序結束後由系統釋放。
5、程序代碼區
這是一個前輩寫的,非常詳細
//main.cpp
  int a=0;    //全局初始化區
  char *p1;   //全局未初始化區
  main()
  {
   int b;棧
   char s[]="abc";   //棧
   char *p2;         //棧
   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
   p1 = (char*)malloc(10);
   p2 = (char*)malloc(20);   //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
   strcpy(p1,"123456");   //123456\0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所向"123456"優化成一個地方。
}
二、堆和棧的理論知識
2.1申請方式
stack:
由系統自動分配。例如,聲明在函數中一個局部變量int b;系統自動在棧中為b開辟空間
heap:
需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc函數
如p1=(char*)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2=(char*)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。
2.2
申請後系統的響應
棧:只要棧的剩余空間大於所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆:首先應該知道操作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,然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語句才能正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正
 
好等於申請的大小,系統會自動的將多余的那部分重新放入空閒鏈表中。
2.3申請大小的限制
棧: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:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地
 
址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的
 
虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
2.4申請效率的比較:
棧:由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。
堆:是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用Virtual Alloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧,而是直接在進
 
程的地址空間中保留一塊內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。
2.5堆和棧中的存儲內容
棧:在函數調用時,第一個進棧的是主函數中後的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的
 
地址,然後是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧的,然後是函數中的局部變
 
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,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主
 
函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。
堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。
2.6存取效率的比較
char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;
但是,在以後的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。
比如:
#include
voidmain()
{
char a=1;
char c[]="1234567890";
char *p="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
對應的匯編代碼
10:a=c[1];
004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl
11:a=p[1];
0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h]
004010708A4201moval,byteptr[edx+1]
004010738845FCmovbyteptr[ebp-4],al
第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中,而第二種則要先把指針值讀到edx中,在根據
 
edx讀取字符,顯然慢了。
2.7小結:
堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:
使用棧就象我們去飯館裡吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會
 
切菜、洗菜等准備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。
 
自我總結:
char *c1 = "abc";實際上先是在文字常量區分配了一塊內存放"abc",然後在棧上分配一地址給c1並指向
 
這塊地址,然後改變常量"abc"自然會崩潰
 
然而char c2[] = "abc",實際上abc分配內存的地方和上者並不一樣,可以從
4199056
2293624 看出,完全是兩塊地方,推斷4199056處於常量區,而2293624處於棧區
 
2293628
2293624
2293620 這段輸出看出三個指針分配的區域為棧區,而且是從高地址到低地址
 
2293620 4199056 abc 看出編譯器將c3優化指向常量區的"abc"
 
 
繼續思考:
代碼:
 
輸出:
2293628 4199056 abc
2293624 2293624 abc
2293620 4012976 gbc
寫成注釋那樣,後面改動就會崩潰
可見strcpy(c3,"abc");abc是另一塊地方分配的,而且可以改變,和上面的參考文檔說法有些不一定,
 
#include <iostream>
using namespace std;
 
main()
{
   char *c1 = "abc";
   char c2[] = "abc";
   char *c3 = ( char* )malloc(3);
   //  *c3 = "abc" //error
   strcpy(c3,"abc");
   c3[0] = 'g';
   printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
   printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
   printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
   getchar();
}   

摘自 wallwind的專欄

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