堆和栈 及全局数据区区别.pdf

堆和栈的区别堆和栈的区别 一、预备知识—程序的内存分配 一个由 C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 1、栈区（栈区（stackstack））— 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（堆区（heapheap）） — 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的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵 3、全局区（静态区） （static） 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 二、例子程序 这是一个前辈写的，非常详细 int a = 0; 全局初始化区 char *p1; 全局未初始化区 main() { int b; 栈 char s[] = “abc“; 栈 char *p2; 栈 char *p3 = “123456“; 123456\0在常量区，p3在栈上 static int c =0； 全局（静态）初始化区 p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。

strcpy(p1, “123456“); 123456\0放在常量区，编译器可能会将它与 p3所指向的 “123456“优化成一个地方 } 二、堆和栈的理论知识 2.1申请方式 stack:stack: 由系统自动分配 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为 b 开辟空间 heap:heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在 c 中 malloc 函数 如 p1 = (char *)malloc(10); 在 C++中用 new 运算符 如 p2 = new char(5); 但是注意 p1、p2本身是在栈中的 2.2 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，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请空间的堆结点， 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，会在这块内存空间中的 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空间。

另外， 由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小， 系统会自动的将多余的那部分 重新放入空闲链表中 2.3申请大小的限制 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 （线程的堆栈空间默认为1M） 堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域这是由于系统是用链表来存 储的空闲内存地址的，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由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大 2.4申请效率的比较： 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， 一般速度比较慢， 而且容易产生内存碎片,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，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，虽然用起来最不方便。

但是速度快，也最灵 活 2.5堆和栈中的存储内容 栈： 在函数调用时，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 编译器中，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，然后是参数，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由程序员安排 2.6存取效率的比较 char s1[] = “aaaaaaaaaaaaaaa“; char *s2 = “bbbbbbbbbbbbbbbbb“; aaaaaaaaaaa 是在运行时刻赋值的； 而 bbbbbbbbbbb 是在编译时就确定的； 但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快 比如： void main() { char a = 1; char c[] = “1234567890“; char *p =“1234567890“; a = c[1]; a = p[1]; return; } 对应的汇编代码 10: a = c[1]; 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 11: a = p[1]; 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al 第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器 cl 中，而第二种则要先把指针值 读到 edx 中，在根据 edx 读取字符，显然慢了。

2.7小结： 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中的数据 那么这些变量 在内存中是如何存放的呢？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 语言代码如没有特别声明，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分部的C 语言有全局变量(Global)、 本地变量(Local)，静态变量(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： #include int g1=0, g2=0, g3=0; int main() { static int s1=0, s2=0, s3=0; int v1=0, v2=0, v3=0; //打印出各个变量的内存地址 printf(“0x%08x\n“, //打印各本地变量的内存地址 printf(“0x%08x\n“, printf(“0x%08x\n\n“, printf(“0x%08x\n“, //打印各全局变量的内存地址 printf(“0x%08x\n“, printf(“0x%08x\n\n“, printf(“0x%08x\n“, //打印各静态变量的内存地址 printf(“0x%08x\n“, printf(“0x%08x\n\n“, return 0; } 编译后的执行结果是： 0x0012ff78 0x0012ff7c 0x0012ff80 0x004068d0 0x004068d4 0x004068d8 0x004068dc 0x004068e0 0x004068e4 输出的结果就是变量的内存地址。

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是连续分布的， 但是本地变量和全局变量 分配的内存地址差了十万八千里， 而全局变量和静态变量分配的内存是连续的 这是因为本 地变量和全局/静态变量是分配在不同类型的内存区域中的结果对于一个进程的内存空间对于一个进程的内存空间 而言，可以在逻辑上分成而言，可以在逻辑上分成3 3个部份：代码区，静态数据区和动态数据区个部份：代码区，静态数据区和动态数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线程都有私有的“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 ├———————┤低端内存区域 │ …… │ ├———————┤ │ 动态数据区 │ ├———————┤ │ …… │ ├———————┤ │ 代码区 │ ├———————┤ │ 静态数据区 │ ├———————┤ │ …… │ ├———————┤高端内存区域 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用有更深入的了解 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样的，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： #include void __stdcall func(int param1,int param2,int param3) { int var1=param1; int var2=param2; int var3=param3; printf(“0x%08x\n“,?m1); //打印出各个变量的内存地址 printf(“0x%08x\n“,?m2); printf(“0x%08x\n\n“,?m3); printf(“0x%08x\n“, printf(“0x%08x\n“, printf(“0x%08x\n\n“, return; } int main() { func(1,2,3); return 0; } 编译后的执行结果是： 0x0012ff78 0x0012ff7c 0x0012ff80 0x0012ff70 0x0012ff6c 0x0012ff68 ├———————┤ #include void __stdcall func() { char lpBuff[8]=“\0“; strcat(lpBuff,“AAAAAAAAAAA“); return; } int main() { func(); return 0; } 编译后执行一下回怎么样？哈， ““0x00414141“指令引用的“0x00000000“内存。

该内存不能为“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字节，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 的所在的内存空间，导致函数返回到一个错误的内存地址，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， 。