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以前在學(xué)C++ 的時(shí)候,一直不懂:動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的本質(zhì),或者更加深入到底層的意義.雖然說,動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配就是,隨機(jī)在內(nèi)存中分配一個(gè)地址,但是這句話包含的內(nèi)容實(shí)在太多了,不去理解底層的話,無論如何也僅僅停留在表面階段,永遠(yuǎn)提高不了.今天下午,突然看到好久以前的QT5,基本半年沒研究過了,還是以前沒事干瞎做播放器的時(shí)候安裝的,于是來了興趣,想玩玩看.

但是,我遇到了一個(gè)問題,就是始終不懂QT框架這么設(shè)計(jì)的核心,或者從操作系統(tǒng)級(jí)別來講,它為什么提供這樣的方式?

請(qǐng)看代碼,最簡(jiǎn)單的默認(rèn)項(xiàng)目;

#include <QApplication> #include <MainWindow>int main(int argc, char *argv[]){QApplication a(argc, argv);MainWindow w;w.show();return a.exec();}

這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序:就是顯示一個(gè)窗口,恐怕很多人已經(jīng)習(xí)以為常了吧.

但是,我此時(shí)有問題要問:

#include <QApplication> #include <MainWindow>int main(int argc, char *argv[]){QApplication a(argc, argv);MainWindow *w=new MainWindow;w->show();return a.exec();}

這個(gè)程序運(yùn)行起來,和上面是完全一樣的,但是請(qǐng)問:有什么問題?也許很多人一口就說,沒問題啊,不就是和上面一樣嗎?

細(xì)心的人發(fā)現(xiàn)有不同

:

然后,我們?cè)诳匆幌逻@個(gè)代碼:

#include <QApplication> #include <QPushButton> #include <mainwindow.h> #include <QDebug> int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);QPushButton bt1;QPushButton *bt2=new QPushButton;MainWindow w1;MainWindow *w2=new MainWindow;qDebug() << "bt1:%d " << &bt1;qDebug() << "bt2:%d " << bt2;qDebug() << "w1:%d " << &w1;qDebug() << "w2:%d " << w2;return app.exec(); }

我們來測(cè)試一下內(nèi)存分配結(jié)果:

注意:系統(tǒng)分配法和動(dòng)態(tài)分配法地址長(zhǎng)度不一樣!

一個(gè)用了直接定義法,一個(gè)用了指針寫法,問題就是:每個(gè)人都能說:后面的是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配,前面的是操作系統(tǒng)分配.還有呢?動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配究竟怎么個(gè)分配法?

或許很多人學(xué)C++的時(shí)候,也是面對(duì)這兩種寫法 很懵逼,貌似一樣吧,但是本質(zhì)又不一樣.一直在表面逗留,而深入不到本質(zhì)去.

我這里,從更加底層開始分析.我們首先從芯片結(jié)構(gòu)來說起.有人覺得C++怎么會(huì)和芯片結(jié)構(gòu)有關(guān)系?別忘了,C++繼承了C的所有.

好了,開始說芯片:我們從最簡(jiǎn)單的51單片機(jī)說起.

下面是百科:

8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。

　　8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：

　　· 中央處理器：

　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。

　　· 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：

　　8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。

　　· 程序存儲(chǔ)器(ROM)：

　　8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。

　　· 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：

　　8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。

　　· 并行輸入輸出(I/O)口：

　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。

　　· 全雙工串行口：

　　8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。

　　· 中斷系統(tǒng)：

　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。

　　· 時(shí)鐘電路：

　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。

　　· 時(shí)鐘電路：

　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。

　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。

注意:重點(diǎn)在這里.

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?程序存儲(chǔ)器?這是什么?和C++動(dòng)態(tài)呢誒村分配又有什么關(guān)系?

那我們就來抓一下頭緒.

下面是百科,關(guān)于程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū):

C語言可執(zhí)行代碼結(jié)構(gòu)

?名稱	內(nèi)容
代碼段	?可執(zhí)行代碼、字符串常量
數(shù)據(jù)段	?已初始化全局變量、已初始化全局靜態(tài)變量、局部靜態(tài)變量、常量數(shù)據(jù)
BSS段	?未初始化全局變量，未初始化全局靜態(tài)變量
棧	?局部變量、函數(shù)參數(shù)
堆	?動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

??????? 一般情況下，一個(gè)可執(zhí)行二進(jìn)制程序(更確切的說，在Linux操作系統(tǒng)下為一個(gè)進(jìn)程單元，在UC/OSII中被稱為任務(wù))在存儲(chǔ)(沒有調(diào)入到內(nèi)存運(yùn)行)時(shí)擁有3個(gè)部分，分別是代碼段(text)、數(shù)據(jù)段(data)和BSS段。這3個(gè)部分一起組成了該可執(zhí)行程序的文件。

??????? (1)代碼段(text segment)：存放CPU執(zhí)行的機(jī)器指令。通常代碼段是可共享的，這使得需要頻繁被執(zhí)行的程序只需要在內(nèi)存中擁有一份拷貝即可。代碼段也通常是只讀的，這樣可以防止其他程序意外地修改其指令。另外，代碼段還規(guī)劃了局部數(shù)據(jù)所申請(qǐng)的內(nèi)存空間信息。

??????? 代碼段（code segment/text segment）通常是指用來存放程序執(zhí)行代碼的一塊內(nèi)存區(qū)域。這部分區(qū)域的大小在程序運(yùn)行前就已經(jīng)確定，并且內(nèi)存區(qū)域通常屬于只讀, 某些架構(gòu)也允許代碼段為可寫，即允許修改程序。在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數(shù)變量，例如字符串常量等。

??????? (2)數(shù)據(jù)段(data segment)：或稱全局初始化數(shù)據(jù)段/靜態(tài)數(shù)據(jù)段(initialized data segment/data segment)。該段包含了在程序中明確被初始化的全局變量、靜態(tài)變量(包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量)和常量數(shù)據(jù)。

??????? (3)未初始化數(shù)據(jù)段：亦稱BSS(Block Started by Symbol)。該段存入的是全局未初始化變量、靜態(tài)未初始化變量。

??????? 而當(dāng)程序被加載到內(nèi)存單元時(shí)，則需要另外兩個(gè)域：堆域和棧域。圖1-1所示為可執(zhí)行代碼存儲(chǔ)態(tài)和運(yùn)行態(tài)的結(jié)構(gòu)對(duì)照?qǐng)D。一個(gè)正在運(yùn)行的C程序占用的內(nèi)存區(qū)域分為代碼段、初始化數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)、堆、棧5個(gè)部分。

?

?

圖1-1? C語言可執(zhí)行代碼結(jié)構(gòu)

????? (4)棧段(stack)：存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值，以及在進(jìn)行任務(wù)切換時(shí)存放當(dāng)前任務(wù)的上下文內(nèi)容。

????? (5)堆段(heap)：用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，即使用malloc/free系列函數(shù)來管理的內(nèi)存空間。

???? 在將應(yīng)用程序加載到內(nèi)存空間執(zhí)行時(shí)，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)代碼段、數(shù)據(jù)段和BSS段的加載，并將在內(nèi)存中為這些段分配空間。棧段亦由操作系統(tǒng)分配和管理，而不需要程序員顯示地管理；堆段由程序員自己管理，即顯示地申請(qǐng)和釋放空間。

??? 另外，可執(zhí)行程序在運(yùn)行時(shí)具有相應(yīng)的程序?qū)傩浴Ｔ谟胁僮飨到y(tǒng)支持時(shí)，這些屬性頁由操作系統(tǒng)管理和維護(hù)。

轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/xiaoershaoye/blog/1537274

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从更底层研究C\C++动态内存分配的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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