C語言的那些小秘密之堆棧
在講解堆棧之前,我們先要來說說其實我們常說的堆棧是兩種數據結構。那么什么是堆什么又是棧呢?
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/270300.htm棧,是硬件。主要作用表現為一種數據結構,是只能在某一端插入和刪除的特殊線性表。它按照后進先出的原則存儲數據,先進入的數據被壓入棧底,最后的數據在棧頂,需要讀數據的時候從棧頂開始彈出數據(最后一個數據被第一個讀出來)。棧是允許在同一端進行插入和刪除操作的特殊線性表。允許進行插入和刪除操作的一端稱為棧頂(top),另一端為棧底(bottom);棧底固定,而棧頂浮動;棧中元素個數為零時稱為空棧。插入一般稱為進棧(PUSH),刪除則稱為退棧(POP)。 棧也稱為先進后出表。棧可以用來在函數調用的時候存儲斷點,做遞歸時要用到棧!
以上定義是在經典計算機科學中的解釋。
在計算機系統中,棧則是一個具有以上屬性的動態內存區域。程序可以將數據壓入棧中,也可以將數據從棧頂彈出。在i386機器中,棧頂由稱為esp的寄存器進行定位。壓棧的操作使得棧頂的地址減小,彈出的操作使得棧頂的地址增大。
棧在程序的運行中有著舉足輕重的作用。最重要的是棧保存了一個函數調用時所需要的維護信息,這常常稱之為堆棧幀或者活動記錄。堆棧幀一般包含如下幾方面的信息:
1. 函數的返回地址和參數
2. 臨時變量:包括函數的非靜態局部變量以及編譯器自動生成的其他臨時變量。
堆,是一種動態存儲結構,實際上就是數據段中的自由存儲區,它是C語言中使用的一種名稱,常常用于動態數據的存儲分配。堆中存入一數據,總是以2字節的整數倍進行分配,地址向增加方向變動。堆可以不斷進行分配直到沒有堆空間為止,也可以隨時進行釋放、再分配,不存在次序問題。
堆和棧在使用時相向生長,棧向上生長,即向小地址方向生長,而堆向下增長,即向大地址方向,其間剩余部分是自由空間。使用過程中要防止增長過度而導致覆蓋。
一般的程序我們都是使用小內存模式。
明白了堆和棧的概念之后我們來看一個面試的c語言題目。代碼要相關要求如下所示:
#include
using namespace std;
void print()
{
//這里進行打印arr數組,print不準傳參數
}
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};//數值隨即
print();
return 0;
}
剛剛一開始看到這個題目時,你可能有點發懵,心想可能在不傳遞參數的情況下打印arr數組的內容,但是看看我們的標題就應該知道該題跟棧有關系,在做之前我們先來回顧幾個知識點。
push操作先修改指針,后將信息入棧。
ESP為堆棧指針,棧頂有ESP寄存器來定位。壓棧的操作使得棧頂的地址減小,彈出的操作使得棧頂的地址增大。
EBP是32位的BP,EBP是基址指針,EBP與BP的關系就像AX與AL、AH的關系一樣。BP為基指針寄存器,用它課直接存取堆棧中的數據,他的作用在調用函數時保存ESP,使函數結束時可以正確返回。
c的默認函數壓棧操作為:
參數是從右向左壓棧的,默認四字節對齊,函數里面定義的變量是默認對齊方式----變量首地址是自身結構體里邊最大標準數據類型字節的整數倍。
我們先來看看上面這段代碼的匯編語句:
//*******************************************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*********************************************//
看看上面的匯編代碼,我們的重點放在紅色字體部分,在函數的開頭部分都有這么兩行代碼:
pushl %ebp --------------------------->保存上一個函數的棧底
movl %esp, %ebp --------------------------->用來保存當前堆棧指針的值
ebp存放當前函數棧低的地址,就是說ebp可以看做一個指針,指向棧頂,而其實棧頂存放的數據就是上一個函數的ebp的值,即就是main函數的棧底。
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