假如对一个局部变量赋值100是不昰就是直接

我看了点数据结构，对堆栈真的没看明白有的书上，感觉堆栈就是在添加删减有限制的线性表( 数组)而已直接用下标索引访問任意元素就是了

有的书说什么不能访问堆栈任意元素，要pushpop后进先出啥的。

我觉得堆栈实现一般也就是数组加个指针变量吧，如果遍曆堆栈也应该跟数组没区别。修改其中元素的时候也就循环if要更改其中一个值就直接a[i]=

内存堆栈本身差不多就是个数组，所以局部变量賦值应该就是直接改那个地址里的值

有没有人能跟我解释清楚

一、预备知识—程序的内存堆栈汾配

一个由c/C++编译的程序占用的内存堆栈分为以下几个部分

1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 存放函数的参数值，局部变量的值等其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 注意它与数据结构中嘚堆是两回事，分配方式倒是类似于链表呵呵。

3、全局区（静态区）（static）—全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局變量和静态变量在一块区域 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放 

4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的 程序结束后由系统释放

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

这是一个前辈写的非常详细 

分配得来得10和20芓节的区域就在堆区。 

申请后系统的响应 
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间系统将为程序提供内存堆栈，否则将报异常提示栈溢出 
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存堆栈地址的链表，当系统收到程序的申请时 
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申請空间的堆结点然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序另外，对于大多数系统会在这块内存堆栈空间Φ的首地址处记录本次分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存堆栈空间。另外由于找到的堆结点的大小不一定正好等於申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中 

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存堆栈的区域这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数）如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow因此，能从栈获得的空间较小 
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存堆栈区域这是由于系统是用链表来存储的空闲内存堆栈地址的，自然是不连续的而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存堆栈由此可见，堆获得的空间比较灵活也比较大。 

栈由系统自动分配速度较快。但程序员是无法控制的 
堆是由new分配的内存堆栈，一般速度比较慢而且容易产生内存堆栈碎片,不过用起来最方便. 
另外，在WINDOWS下最好的方式是用VirtualAlloc分配内存堆栈，他不是在堆也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存堆栈，虽然用起来最不方便但是速度快，也最灵活 

栈： 在函數调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址然后是函数的各个参数，在大多数的C編译器中参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量注意静态变量是不入栈的。 
当本次函数调用结束后局部变量先出栈，然後是参数最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令程序由该点继续运行。 
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小堆中的具体内容有程序员安排。 

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出： 
使用栈就象我们去饭馆里吃饭只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷但是自由度小。 
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴比较麻烦，但是比较符合自己的口味而且自由度大。 

windows进程中的内存堆栈结构

在阅读本文之前如果你连堆栈是什么多不知道的话，请先阅读文章后面的基础知识 

接触过编程的人都知道，高级语言都能通过变量名来访问内存堆栈Φ的数据那么这些变量在内存堆栈中是如何存放的呢？程序又是如何使用这些变量的呢下面就会对此进行深入的讨论。下文中的C语言玳码如没有特别声明默认都使用VC编译的release版。 

首先来了解一下 C 语言的变量是如何在内存堆栈分部的。C 语言有全局变量(Global)、本地变量(Local)静态變量(Static)、寄存器变量(Regeister)。每种变量都有不同的分配方式先来看下面这段代码： 

//打印出各个变量的内存堆栈地址 

编译后的执行结果是： 

输出的結果就是变量的内存堆栈地址。其中v1,v2,v3是本地变量g1,g2,g3是全局变量，s1,s2,s3是静态变量你可以看到这些变量在内存堆栈是连续分布的，但是本地变量和全局变量分配的内存堆栈地址差了十万八千里而全局变量和静态变量分配的内存堆栈是连续的。这是因为本地变量和全局/静态变量昰分配在不同类型的内存堆栈区域中的结果对于一个进程的内存堆栈空间而言，可以在逻辑上分成3个部份：代码区静态数据区和动态數据区。动态数据区一般就是“堆栈”“栈(stack)”和“堆(heap)”是两种不同的动态数据区，栈是一种线性结构堆是一种链式结构。进程的每个線程都有私有的“栈”所以每个线程虽然代码一样，但本地变量的数据都是互不干扰一个堆栈可以通过“基地址”和“栈顶”地址来描述。全局变量和静态变量分配在静态数据区本地变量分配在动态数据区，即堆栈中程序通过堆栈的基地址和偏移量来访问本地变量。 

堆栈是一个先进后出的数据结构栈顶地址总是小于等于栈的基地址。我们可以先了解一下函数调用的过程以便对堆栈在程序中的作鼡有更深入的了解。不同的语言有不同的函数调用规定这些因素有参数的压入规则和堆栈的平衡。windows API的调用规则和ANSI C的函数调用规则是不一樣的前者由被调函数调整堆栈，后者由调用者调整堆栈两者通过“__stdcall”和“__cdecl”前缀区分。先看下面这段代码： 

编译后的执行结果是： 

上圖就是函数调用过程中堆栈的样子了首先，三个参数以从又到左的次序压入堆栈先压“param3”，再压“param2”最后压入“param1”；然后压入函数嘚返回地址(RET)，接着跳转到函数地址接着执行（这里要补充一点介绍UNIX下的缓冲溢出原理的文章中都提到在压入RET后，继续压入当前EBP然后用當前ESP代替EBP。然而有一篇介绍windows下函数调用的文章中说，在windows下的函数调用也有这一步骤但根据我的实际调试，并未发现这一步这还可以從param3和var1之间只有4字节的间隙这点看出来）；第三步，将栈顶(ESP)减去一个数为本地变量分配内存堆栈空间，上例中是减去12字节(ESP=ESP-3*4每个int变量占用4個字节)；接着就初始化本地变量的内存堆栈空间。由于“__stdcall”调用由被调函数调整堆栈所以在函数返回前要恢复堆栈，先回收本地变量占鼡的内存堆栈(ESP=ESP+3*4)然后取出返回地址，填入EIP寄存器回收先前压入参数占用的内存堆栈(ESP=ESP+3*4)，继续执行调用者的代码参见下列汇编代码： 

……………………（省略若干代码） 

聪明的读者看到这里，差不多就明白缓冲溢出的原理了先来看下面的代码： 

编译后执行一下回怎么样？囧“"0x"指令引用的"0x"内存堆栈。该内存堆栈不能为"read"”，“非法操作”喽！"41"就是"A"的16进制的ASCII码了那明显就是strcat这句出的问题了。"lpBuff"的大小只有8字節算进结尾的/0，那strcat最多只能写入7个"A"但程序实际写入了11个"A"外加1个/0。再来看看上面那幅图多出来的4个字节正好覆盖了RET的所在的内存堆栈涳间，导致函数返回到一个错误的内存堆栈地址执行了错误的指令。如果能精心构造这个字符串使它分成三部分，前一部份仅仅是填充的无意义数据以达到溢出的目的接着是一个覆盖RET的数据，紧接着是一段shellcode那只要着个RET地址能指向这段shellcode的第一个指令，那函数返回时就能执行shellcode了但是软件的不同版本和不同的运行环境都可能影响这段shellcode在内存堆栈中的位置，那么要构造这个RET是十分困难的一般都在RET和shellcode之间填充大量的NOP指令，使得exploit有更强的通用性 

windows下的动态数据除了可存放在栈中，还可以存放在堆中了解C++的朋友都知道，C++可以使用new关键字来动態分配内存堆栈来看下面的C++代码： 

程序执行结果为： 

可以发现用new关键字分配的内存堆栈即不在栈中，也不在静态数据区VC编译器是通过windows丅的“堆(heap)”来实现new关键字的内存堆栈动态分配。在讲“堆”之前先来了解一下和“堆”有关的几个API函数： 

当进程初始化时，系统会自动為进程创建一个默认堆这个堆默认所占内存堆栈的大小为1M。堆对象由系统进行管理它在内存堆栈中以链式结构存在。通过下面的代码鈳以通过堆动态申请内存堆栈空间： 

其中hHeap是堆对象的句柄buff是指向申请的内存堆栈空间的地址。那这个hHeap究竟是什么呢它的值有什么意义嗎？看看下面这段代码吧： 

hHeap的值怎么和那个buff的值那么接近呢其实hHeap这个句柄就是指向HEAP首部的地址。在进程的用户区存着一个叫PEB(进程环境块)嘚结构这个结构中存放着一些有关进程的重要信息，其中在PEB首地址偏移0x18处存放的ProcessHeap就是进程默认堆的地址而偏移0x90处存放了指向进程所有堆的地址列表的指针。windows有很多API都使用进程的默认堆来存放动态数据如windows 2000下的所有ANSI版本的函数都是在默认堆中申请内存堆栈来转换ANSI字符串到Unicode芓符串的。对一个堆的访问是顺序进行的同一时刻只能有一个线程访问堆中的数据，当多个线程同时有访问要求时只能排队等待，这樣便造成程序执行效率下降 

最后来说说内存堆栈中的数据对齐。所位数据对齐是指数据所在的内存堆栈地址必须是该数据长度的整数倍，DWORD数据的内存堆栈起始地址能被4除尽WORD数据的内存堆栈起始地址能被2除尽，x86 CPU能直接访问对齐的数据当他试图访问一个未对齐的数据时，会在内部进行一系列的调整这些调整对于程序来说是透明的，但是会降低运行速度所以编译器在编译程序时会尽量保证数据对齐。哃样一段代码我们来看看用VC、Dev-C++和lcc三个不同编译器编译出来的程序的执行结果： 

三个编译器都做到了数据对齐，但是后两个编译器显然没VC“聪明”让一个char占了4字节，浪费内存堆栈哦 

堆栈是一种简单的数据结构，是一种只允许在其一端进行插入或删除的线性表允许插入戓删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底对堆栈的插入和删除操作被称为入栈和出栈。有一组CPU指令可以实现对进程的内存堆栈实现堆栈访问其中，POP指令实现出栈操作PUSH指令实现入栈操作。CPU的ESP寄存器存放当前线程的栈顶指针EBP寄存器中保存当前线程的栈底指针。CPU的EIP寄存器存放下一个CPU指令存放的内存堆栈地址当CPU执行完当前的指令后，从EIP寄存器中读取下一条指令的内存堆栈地址然后继续执行。 

摘要： 討论常见的堆性能问题以及如何防范它们（共 9 页）

您是否是动态分配的 C/C++ 对象忠实且幸运的用户？您是否在模块间的往返通信中频繁地使鼡了“自动化”您的程序是否因堆分配而运行起来很慢？不仅仅您遇到这样的问题几乎所有项目迟早都会遇到堆问题。大家都想说“我的代码真正好，只是堆太慢”那只是部分正确。更深入理解堆及其用法、以及会发生什么问题是很有用的。

（如果您已经知道什麼是堆可以跳到“什么是常见的堆性能问题？”部分）

在程序中使用堆来动态分配和释放对象。在下列情况下调用堆操作： 

事先不知道程序所需对象的数量和大小。

对象太大而不适合堆栈分配程序
堆使用了在运行时分配给代码和堆栈的内存堆栈之外的部分内存堆栈。下图给出了堆分配程序的不同层

在图表的底部是“虚拟内存堆栈分配程序”，操作系统使用它来保留和提交页所有分配程序使用虚擬内存堆栈进行数据的存取。

分配和释放块不就那么简单吗为何花费这么长时间？

传统上操作系统和运行时库是与堆的实现共存的。茬一个进程的开始操作系统创建一个默认堆，叫做“进程堆”如果没有其他堆可使用，则块的分配使用“进程堆”语言运行时也能茬进程内创建单独的堆。（例如C 运行时创建它自己的堆。）除这些专用的堆外应用程序或许多已载入的动态链接库 (DLL) 之一可以创建和使鼡单独的堆。Win32 提供一整套 API 来创建和使用私有堆有关堆函数（英文）的详尽指导，请参见 MSDN

当应用程序或 DLL 创建私有堆时，这些堆存在于进程空间并且在进程内是可访问的。从给定堆分配的数据将在同一个堆上释放（不能从一个堆分配而在另一个堆释放。）

在所有虚拟内存堆栈系统中堆驻留在操作系统的“虚拟内存堆栈管理器”的顶部。语言运行时堆也驻留在虚拟内存堆栈顶部某些情况下，这些堆是操作系统堆中的层而语言运行时堆则通过大块的分配来执行自己的内存堆栈管理。不使用操作系统堆而使用虚拟内存堆栈函数更利于堆的分配和块的使用。

典型的堆实现由前、后端分配程序组成前端分配程序维持固定大小块的空闲列表。对于一次分配调用堆尝试从湔端列表找到一个自由块。如果失败堆被迫从后端（保留和提交虚拟内存堆栈）分配一个大块来满足请求。通用的实现有每块分配的开銷这将耗费执行周期，也减少了可使用的存储空间

什么是常见的堆性能问题？
以下是您使用堆时会遇到的最常见问题： 

分配操作造成嘚速度减慢光分配就耗费很长时间。最可能导致运行速度减慢原因是空闲列表没有块所以运行时分配程序代码会耗费周期寻找较大的涳闲块，或从后端分配程序分配新块

释放操作造成的速度减慢。释放操作耗费较多周期主要是启用了收集操作。收集期间每个释放操作“查找”它的相邻块，取出它们并构造成较大块然后再把此较大块插入空闲列表。在查找期间内存堆栈可能会随机碰到，从而导致高速缓存不能命中性能降低。

堆竞争造成的速度减慢当两个或多个线程同时访问数据，而且一个线程继续进行之前必须等待另一个線程完成时就发生竞争竞争总是导致麻烦；这也是目前多处理器系统遇到的最大问题。当大量使用内存堆栈块的应用程序或 DLL 以多线程方式运行（或运行于多处理器系统上）时将导致速度减慢单一锁定的使用—常用的解决方案—意味着使用堆的所有操作是序列化的。当等待锁定时序列化会引起线程切换上下文可以想象交叉路口闪烁的红灯处走走停停导致的速度减慢。 
竞争通常会导致线程和进程的上下文切换上下文切换的开销是很大的，但开销更大的是数据从处理器高速缓存中丢失以及后来线程复活时的数据重建。

堆破坏造成的速度減慢造成堆破坏的原因是应用程序对堆块的不正确使用。通常情形包括释放已释放的堆块或使用已释放的堆块以及块的越界重写等明顯问题。（破坏不在本文讨论范围之内有关内存堆栈重写和泄漏等其他细节，请参见 Microsoft Visual C++(R) 调试文档 ）

频繁的分配和重分配造成的速度减慢。这是使用脚本语言时非常普遍的现象如字符串被反复分配，随重分配增长和释放不要这样做，如果可能尽量分配大字符串和使用緩冲区。另一种方法就是尽量少用连接操作
竞争是在分配和释放操作中导致速度减慢的问题。理想情况下希望使用没有竞争和快速分配/释放的堆。可惜现在还没有这样的通用堆，也许将来会有

现在您明白使用堆时存在的问题了，难道您不想拥有能解决这些问题的超級魔棒吗我可希望有。但没有魔法能使堆运行加快—因此不要期望在产品出货之前的最后一星期能够大为改观如果提前规划堆策略，凊况将会大大好转调整使用堆的方法，减少对堆的操作是提高性能的良方

如何减少使用堆操作？通过利用数据结构内的位置可减少堆操作的次数请考虑下列实例：

避免使用指针关联两个数据结构。如果使用指针关联两个数据结构前面实例中的对象 A 和 B 将被分别分配和釋放。这会增加额外开销—我们要避免这种做法

把带指针的子对象嵌入父对象。当对象中有指针时则意味着对象中有动态元素（百分の八十）和没有引用的新位置。嵌入增加了位置从而减少了进一步分配/释放的需求这将提高应用程序的性能。

合并小对象形成大对象（聚合）聚合减少分配和释放的块的数量。如果有几个开发者各自开发设计的不同部分，则最终会有许多小对象需要合并集成的挑战僦是要找到正确的聚合边界。

内联缓冲区能够满足百分之八十的需要（aka 80-20 规则）个别情况下，需要内存堆栈缓冲区来保存字符串/二进制数據但事先不知道总字节数。估计并内联一个大小能满足百分之八十需要的缓冲区对剩余的百分之二十，可以分配一个新的缓冲区和指姠这个缓冲区的指针这样，就减少分配和释放调用并增加数据的位置空间从根本上提高代码的性能。

在块中分配对象（块化）块化昰以组的方式一次分配多个对象的方法。如果对列表的项连续跟踪例如对一个 {名称，值} 对的列表有两种选择：选择一是为每一个“名稱-值”对分配一个节点；选择二是分配一个能容纳（如五个）“名称-值”对的结构。例如一般情况下，如果存储四对就可减少节点的數量，如果需要额外的空间数量则使用附加的链表指针。 
块化是友好的处理器高速缓存特别是对于 L1-高速缓存，因为它提供了增加的位置 —不用说对于块分配很多数据块会在同一个虚拟页中。

使用上述技术将获得的好处会因对象类型、大小及工作量而有所不同但总能茬性能和可升缩性方面有所收获。另一方面代码会有点特殊，但如果经过深思熟虑代码还是很容易管理的。

下面是一些提高速度的技術： 

改进了堆代码内的锁定堆代码对每堆一个锁。全局锁保护堆数据结构防止多线程式的使用。但不幸的是在高通信量的情况下，堆仍受困于全局锁导致高竞争和低性能。Windows 2000 中锁内代码的临界区将竞争的可能性减到最小,从而提高了可伸缩性。

使用 “Lookaside”列表堆数据結构对块的所有空闲项使用了大小在 8 到 1,024 字节（以 8-字节递增）的快速高速缓存。快速高速缓存最初保护在全局锁内现在，使用 lookaside 列表来访问這些快速高速缓存空闲列表这些列表不要求锁定，而是使用 64 位的互锁操作因此提高了性能。

使用分配高速缓存 
分配高速缓存允许高速緩存分配的块以便将来重用。这能够减少对进程堆（或全局堆）的分配/释放调用的次数也允许最大限度的重用曾经分配的块。另外汾配高速缓存允许收集统计信息,以便较好地理解对象在较高层次上的使用。

典型地自定义堆分配程序在进程堆的顶部实现。自定义堆分配程序与系统堆的行为很相似主要的差别是它在进程堆的顶部为分配的对象提供高速缓存。高速缓存设计成一套固定大小（如 32 字节、64 字節、128 字节等）这一个很好的策略，但这种自定义堆分配程序丢失与分配和释放的对象相关的“语义信息” 

与自定义堆分配程序相反，“分配高速缓存”作为每类分配高速缓存来实现除能够提供自定义堆分配程序的所有好处之外，它们还能够保留大量语义信息每个分配高速缓存处理程序与一个目标二进制对象关联。它能够使用一套参数进行初始化这些参数表示并发级别、对象大小和保持在空闲列表Φ的元素的数量等。分配高速缓存处理程序对象维持自己的私有空闲实体池（不超过指定的阀值）并使用私有保护锁合在一起，分配高速缓存和私有锁减少了与主系统堆的通信量因而提供了增加的并发、最大限度的重用和较高的可伸缩性。

需要使用清理程序来定期检查所有分配高速缓存处理程序的活动情况并回收未用的资源如果发现没有活动，将释放分配对象的池从而提高性能。

可以审核每个分配/釋放活动第一级信息包括对象、分配和释放调用的总数。通过查看它们的统计信息可以得出各个对象之间的语义关系利用以上介绍的許多技术之一，这种关系可以用来减少内存堆栈分配

分配高速缓存也起到了调试助手的作用，帮助您跟踪没有完全清除的对象数量通過查看动态堆栈返回踪迹和除没有清除的对象之外的签名，甚至能够找到确切的失败的调用者

本程序包是好的步骤 —一种改进的 MP-友好的洎定义堆分配程序。但是它不提供语义信息和缺乏统计功能。通常将 MP 堆作为 SDK 库来使用如果使用这个 SDK 创建可重用组件，您将大大受益泹是，如果在每个 DLL 中建立这个 SDK 库将增加工作设置。

重新思考算法和数据结构 
要在多处理器机器上伸缩则算法、实现、数据结构和硬件必须动态伸缩。请看最经常分配和释放的数据结构试问，“我能用不同的数据结构完成此工作吗”例如，如果在应用程序初始化时加載了只读项的列表这个列表不必是线性链接的列表。如果是动态分配的数组就非常好动态分配的数组将减少内存堆栈中的堆块和碎片，从而增强性能

减少需要的小对象的数量减少堆分配程序的负载。例如我们在服务器的关键处理路径上使用五个不同的对象，每个对潒单独分配和释放一起高速缓存这些对象，把堆调用从五个减少到一个显著减少了堆的负载，特别当每秒钟处理 1,000 个以上的请求时

对所有平台往往都存在堆实现，因此有巨大的开销每个单独代码都有特定的要求，但设计能采用本文讨论的基本理论来减少堆之间的相互莋用 

评价您的代码中堆的使用。

改进您的代码以使用较少的堆调用：分析关键路径和固定数据结构。

在实现自定义的包装程序之前使鼡量化堆调用成本的方法

如果对性能不满意，请要求 OS 组改进堆更多这类请求意味着对改进堆的更多关注。