2012年4月29日

链表概述
     链表是一种常见的重要的数据结构。它是动态地进行存储分配的一种结构。它可以根据需要开辟内存单元。链表有一个“头指针”变量,以head表示,它存放一个地址。该地址指向一个元素。链表中每一个元素称为“结点”,每个结点都应包括两个部分:一为用户需要用的实际数据,二为下一个结点的地址。因此,head指向第一个元素:第一个元素又指向第二个元素;……,直到最后一个元素,该元素不再指向其它元素,它称为“表尾”,它的地址部分放一个“NULL”(表示“空地址”),链表到此结束。
单向链表
     单向链表的每个结点中除信息域以外还有一个指针域,用来指出其后续结点,单向链表的最后一个结点的指针域为(NULL)。单向链表由头指针唯一确定,因此单向链表可以用头指针的名字来命名,例如头指针名为head的单向链表称为表head,头指针指向单向链表的第一个结点。在用C语言实现时,首先说明一个结构类型,在这个结构类型中包含一个(或多个)信息成员以及一个指针成员
 
#define NULL 0
typedef int DATATYPE
typedef struct node
{DATATYPE info;
node *next;
}LINKLIST;
 
     链表结构中包含指针型的结构成员,类型为指向相同结构类型的指针。根据C语
言的语法要求,结构的成员不能是结构自身类型,即结构不能自己定义自己,因为这样将导致一个无穷的递归定义,但结构的成员可以是结构自身的指针类型,通过指针引用自身这种类型的结构。
     链表的每个结点是lINKIST结构类型的一个变量。例如定义了个链表的头指针head
和两个指向链表结点的指针p,q:
         LINKLIST *head,*P,*q;
     根据结构成员的引用方法,当p和q分别指向了链表的确定结点后,P->info和p->next分别是某个结点的信息分量和指针分量,LINKLIST结构的信息分量是整型,可以用常规的方法对这两个结点的信息分量分别赋值:
p->info=20;
q->inFo=30;
     指针分量是指向LINKLIST类型变量的指针,指针中将存储链表的下一个结点的存储首地址,在链表尾部的最后一个结点的指针域中,指针的值为空(NULL)。
 
head=p;
p->next=q;
q->next=NULL;
     经上列的赋值后,组成右图的一个链表。
 
 
 
     建立单向链表的算法写成为函数create(),该函数将顺序输人的一组数构造为一个首尾相接的单向链表,为将新结点放在当前链表的尾部,函数中定义了个尾指针tail,使其一直指向当前链表的尾结点。

例:建立单向链表的函数。
LINKLIST *create()
{DATATYPE data;
LINKLIST *head, *tail,*node;
head=new(LINKLIST);
tail=head;
scanf("%d",&data);
while(data!=0);
{node=new(LINKLIST);
   node->info=data;
   tail->next=node;
   tail=node;
   scanf("%d",&data);
}

tail->next=NULL;
return head;
}
 
     在函数中首先为Head申请了—个所指向的结点,该结点称为链表的首结点。开始链表的头指针和尾指针都指向头结点(见上图),以后每输入一个数则申请一个结点,将输入的数放到结点的信息域后,由语句tail->next=node将该结点链接在链表的尾部。输入结束后,置链表最后一个结点的指针域为空,返回链表头指针。
 
 
   在单向链表中插入一个结点要引起插入位置前面结点的指针的变化、下图表示了向一个单向链表插人结点时指针的变化情况,虚线所示为变化后的指针。
例:在单向链表的p结点后面插入一个信息域的值为x的新结点。
     void insert(LINKLIST*p, DATATYPE x)
     {LINKLIST *newp=new(LINKLIST);
     newp->info=x;
     newp->next=p->next;
     p->next=newp;
     }
 
     在插入一个结点时首先要由new(LINKLIST)向系统申请一个存储LINKLIST类型变量的空间,并将该空间的首地址赋给指向新结点的指针newp,在为该新结点的信息域赋值后,先要将该结点插入位置后面一个结点的指针赋给该结点的指针域,然后才能将指向该结点的指针赋给其前一个结点的指针域,这样来完成上图的插入过程。
 
单向链表中删除结点
 
在单向链表中删除个结点同样要引起删除结点的前面结点的指针的变化,下图形象地表示了从单向链表中删除一个结点时指针的变化情况,虚线所示为变化后的指针。
例:删除单向链表结点*p后面结点。
 
 void delete(LINKLIST *p)
     {LINKKLIST *temp;
      temp=p->next;
      p->next=P->next->next;
      delet(temp);
     }

将指向被删除结点的指针保存在一个同类型的指针变量中,然后将其前一个结点的指针调整到指向该结点的后一个结点,最后将被删除的结点释放给系统。
 
遍历链表
 
由于链表是一个动态的数据结构,链表的各个结点由指针链接在起,访问链表元素时通过每个链表结点的指针逐个找到该结点的下一个结点,—直找到链表尾,链表的最后一个结点的指针为空。
例:编历链表函数。
 
 void outputlist(LINKLIST *head)
     LINKLIST *current=head->next;
     while(current!=NULL)
     {printf("%d/n",current->info);
    current=current->next;
      }
     return;
     }
 
 
双向链表
     每个结点中只包括一个指向下个结点的指针域,这种链表称为单向链表。如果要在单向链表一个指针所指的当前位置插入一个新结点,就必须从链表头指针开始逐个遍历直到当前指针所指结点的前一结点,修改这个结点的指针。双向链表的每个结点中包括两个指针域,分别指向该结点的前一个结点和后一个结点。在双向链表中由任何一个结点都很容易找到其前面的结点和后面的结点,而不需要在上述的插入(及删除)操作中由头结点开始寻找。定义双向链表的结点结构为
typedef struct node
{ DATATYPE info;
node *priv, *next;
}DINKLIST;
     下面给出双向链表中插入删除一个结点的函数。操作过程见下图:
     例:将一个结点插入到双向链表指定结点之后。
insertafter(DINKLIST *current,DINKLIST *new)
{new->next=current->next;
new->priv=current;
current->next->priv=new ;
current->next->new;
}
     例:将一个结点插入到双向链表指定结点之前。
insertbefor(DINKLIST *current,DINKLIST *new)
{new->next=current;
new->priv=current->priv; 
current->priv=current->priv ;
current->priv=new;
}
     例:在双向链表中删除一个指定结点。
deleteelement(DINKLIST *current)
{current->next->priv=current->priv ;
current->priv->next=current->next;
delete(current);
}
 
 
 
循环链表
     单向链表的最后一个结点的指针域为空(NULL)。如果将这个指针里利用起来,以指向单向链表的第一个结点,就组成一个单向循环链表。如下图所示:
     对双向链表做类似的处理可构造一个双向循环链表。
posted @ 2012-04-29 17:40 有间客栈 阅读(237) | 评论 (0)编辑 收藏

2012年4月24日

35,15,+,80,70,-,*,20,/               //后缀表达方式

(((35+15)*(80-70))/20)=25 //中缀表达方式

/,*,+,35,15,-,80,70, 20             //前缀表达方式

人的思维方式很容易固定~~!正如习惯拉10进制。就对2,3,4,8,16
等进制不知所措一样~~!

人们习惯的运算方式是中缀表达式。而碰到前缀,后缀方式。。迷茫
其实仅仅是一种表达式子的方式而已(不被你习惯的方式)
这里教你一种也许你老师都没跟你讲的简单转换方式

一个中缀式到其他式子的转换方法~~
这里我给出一个中缀表达式~
a+b*c-(d+e)
第一步:按照运算符的优先级对所有的运算单位加括号~
        式子变成拉:((a+(b*c))-(d+e))
第二步:转换前缀与后缀表达式
        前缀:把运算符号移动到对应的括号前面
              则变成拉:-( +(a *(bc)) +(de))
              把括号去掉:-+a*bc+de  前缀式子出现
        后缀:把运算符号移动到对应的括号后面
              则变成拉:((a(bc)* )- (de)+ )-
              把括号去掉:abc*-de+-  后缀式子出现
发现没有,前缀式,后缀式是不需要用括号来进行优先级的确定的。

如果你习惯了他的运算方法。计算的时候也就是从两个操作数的前面
或者后面找运算符。而不是中间找,那么也就直接可以口算了
posted @ 2012-04-24 17:19 有间客栈 阅读(225) | 评论 (0)编辑 收藏

2012年4月23日

Prim 算法思想:

从任意一顶点 v0 开始选择其最近顶点 v1 构成树 T1,再连接与 T1 最近顶点 v2 构成树 T2, 如此重复直到所有顶点均在所构成树中为止。
Prim 算法步骤:
T0 存放生成树的边,初值为空
输入加权图的带权邻接矩阵 C = (Cij)n×n (两点间无边相连则其大小为无穷)
为每个顶点 v 添加一属性 L(v) :表 v 到 T0 的最小直接距离
1) T0←∅, V1={v0}, C(T0)=0
2) 对任意v ∈ V,L(v)←C(v, v0)
3) If V==V1 then stop else goto next.
4) 在 V-V1 中找点 u 使 L(u) =min{ L(v) | v ∈ (V − V1 )},记 V1 中与 u 相邻点为 w.
5) T0←T0∪{(u, w)}, C(T0) ←C(T0)+C(u, w), V1←V1∪{u}
6) 对任意v ∈ (V − V1 ) if C(v, u)<L(v) then L(v) = C(v, u) else L(v)不变。
7) Go to 3.

Kruskal算法思想:

         把n个顶点看成看成n棵分离的树(每棵树只有一个顶点),每次选取可连接两个分离树中权值最小的边把两个分离的树合成一个新的树取代原来的两个分离树,如果重复n-1步后便得到最小生成树。

Kruskal算法步骤:

T0存放生成树的边,初值为空

C(T0) 最小生成树的权,初值为0

VS 分离树顶点的集合,初值为 { {v1} {v2} … {vn} }

A B W分别为边的顶点和权值数组,由用户输入

1)         T0←0, C(T0)←0, VS←{ {v1} {v2} … {vn} }, A, B, W按W排序后构成队列Q

2)         If n(VS)==1 then stop else goto 3

3)         取Q第一组数组(u, v, w) 并从Q中将其删除.

4)         If u, v 属于同一个集合 then goto 3 else 分属两个集合X, Y, goto 5.

5)         T0←T0∪(u, v), C(T0)←C(T0)+w, VS←VS-X-Y+X∪Y goto 2.

 

Kruskal算法证明:

树定义:无圈连通图。

引理1:一个图是树 等价于 一个图无圈且任意不相关联的顶点u, v ,图G+(u, v)则必存在唯一一个圈。

         设由Kruskal算法生成的T0序列为e1, e2, e3 … ev-1,假设其不是最小生成树。任意最小生成树T定义函数f(T):T0中不存在于T中边在T0的下标。设T1是使f(T)最大的变量,设f(T1)=k,即ek不存在于T1中,T1为树且ek不在T1中,所以由引理1得T1+ek必存在圈C,C上必有e,k ≠ek,e,k不在T0 中。现令T2 = T1 - e,k + ek,则T2也为生成树但由Kruskal算法可知ek是使e1, e2 … ek-1, ek无圈的权值最小的边,e1, e2 … ek-1, e,k是树的子图必无圈故e,k的权值必定小于ek即T2的总权值不大于T1的权值,因T1是最小生成树,故必T2也是最小生成树,但f(T2)>k与k是f函数最大取值矛盾,故T0是最小生成树。

posted @ 2012-04-23 21:23 有间客栈 阅读(444) | 评论 (0)编辑 收藏
 
     摘要: 平衡二叉树(解惑) 平衡二叉树定义(AVL):它或者是一颗空树,或者具有以下性质的二叉树:它的左子树和右子树的深度之差的绝对值不超过1,且它的左子树和右子树都是一颗平衡二叉树。 平衡因子(bf):结点的左子树的深度减去右子树的深度,那么显然-1<=bf<=1; 很显然,平衡二叉树是在二叉排序树(BST)上引入的,就是为了解决二叉排序树的不平衡性导致时间复杂度大大下降,那么A...  阅读全文
posted @ 2012-04-23 20:25 有间客栈 阅读(477) | 评论 (0)编辑 收藏

2012年4月19日

c++中把参数传递给函数有三种方法,一种是值传递,一种是传地址,还有一种是传引用。前者与后两者不同的地方在于:当使用值传递的时候,会在函数里面生成传递参数的一个副本,这个副本的内容是按位从原始参数那里复制过来的,两者的内容是相同的。当原始参数是一个类的对象时,它也会产生一个对象的副本,不过在这里要注意。一般对象产生时都会触发构造函数的执行,但是在产生对象的副本时却不会这样,这时执行的是对象的复制构造函数。为什么会这样?嗯,一般的构造函数都是会完成一些成员属性初始化的工作,在对象传递给某一函数之前,对象的一些属性可能已经被改变了,如果在产生对象副本的时候再执行对象的构造函数,那么这个对象的属性又再恢复到原始状态,这并不是我们想要的。所以在产生对象副本的时候,构造函数不会被执行,被执行的是一个默认的构造函数。当函数执行完毕要返回的时候,对象副本会执行析构函数,如果你的析构函数是空的话,就不会发生什么问题,但一般的析构函数都是要完成一些清理工作,如释放指针所指向的内存空间。这时候问题就可能要出现了。假如你在构造函数里面为一个指针变量分配了内存,在析构函数里面释放分配给这个指针所指向的内存空间,那么在把对象传递给函数至函数结束返回这一过程会发生什么事情呢?首先有一个对象的副本产生了,这个副本也有一个指针,它和原始对象的指针是指向同块内存空间的。函数返回时,对象的析构函数被执行了,即释放了对象副本里面指针所指向的内存空间,但是这个内存空间对原始对象还是有用的啊,就程序本身而言,这是一个严重的错误。然而错误还没结束,当原始对象也被销毁的时候,析构函数再次执行,对同一块系统动态分配的内存空间释放两次是一个未知的操作,将会产生严重的错误。
       上面说的就是我们会遇到的问题。解决问题的方法是什么呢?首先我们想到的是不要以传值的方式来传递参数,我们可以用传地址或传引用。没错,这样的确可以避免上面的情况,而且在允许的情况下,传地址或传引用是最好的方法,但这并不适合所有的情况,有时我们不希望在函数里面的一些操作会影响到函数外部的变量。那要怎么办呢?可以利用复制构造函数来解决这一问题。复制构造函数就是在产生对象副本的时候执行的,我们可以定义自己的复制构造函数。在复制构造函数里面我们申请一个新的内存空间来保存构造函数里面的那个指针所指向的内容。这样在执行对象副本的析构函数时,释放的就是复制构造函数里面所申请的那个内存空间。
       除了将对象传递给函数时会存在以上问题,还有一种情况也会存在以上问题,就是当函数返回对象时,会产生一个临时对象,这个临时对象和对象的副本性质差不多。
拷贝构造函数,经常被称作X(X&),是一种特殊的构造函数,他由编译器调用来完成一些基于同一类的其他对象的构件及初始化。它的唯一的一个参数(对象的引用)是不可变的(因为是const型的)。这个函数经常用在函数调用期间于用户定义类型的值传递及返回。拷贝构造函数要调用基类的拷贝构造函数和成员函数。如果可以的话,它将用常量方式调用,另外,也可以用非常量方式调用。
在C++中,下面三种对象需要拷贝的情况。因此,拷贝构造函数将会被调用。
1). 一个对象以值传递的方式传入函数体
2). 一个对象以值传递的方式从函数返回
3). 一个对象需要通过另外一个对象进行初始化
以上的情况需要拷贝构造函数的调用。如果在前两种情况不使用拷贝构造函数的时候,就会导致一个指针指向已经被删除的内存空间。对于第三种情况来说,初始化和赋值的不同含义是构造函数调用的原因。事实上,拷贝构造函数是由普通构造函数和赋值操作赋共同实现的。描述拷贝构造函数和赋值运算符的异同的参考资料有很多。
拷贝构造函数不可以改变它所引用的对象,其原因如下:当一个对象以传递值的方式传一个函数的时候,拷贝构造函数自动的被调用来生成函数中的对象。如果一个对象是被传入自己的拷贝构造函数,它的拷贝构造函数将会被调用来拷贝这个对象这样复制才可以传入它自己的拷贝构造函数,这会导致无限循环。
除了当对象传入函数的时候被隐式调用以外,拷贝构造函数在对象被函数返回的时候也同样的被调用。换句话说,你从函数返回得到的只是对象的一份拷贝。但是同样的,拷贝构造函数被正确的调用了,你不必担心。
如果在类中没有显式的声明一个拷贝构造函数,那么,编译器会私下里为你制定一个函数来进行对象之间的位拷贝(bitwise copy)。这个隐含的拷贝构造函数简单的关联了所有的类成员。许多作者都会提及这个默认的拷贝构造函数。注意到这个隐式的拷贝构造函数和显式声明的拷贝构造函数的不同在于对于成员的关联方式。显式声明的拷贝构造函数关联的只是被实例化的类成员的缺省构造函数除非另外一个构造函数在类初始化或者在构造列表的时候被调用。
拷贝构造函数是程序更加有效率,因为它不用再构造一个对象的时候改变构造函数的参数列表。设计拷贝构造函数是一个良好的风格,即使是编译系统提供的帮助你申请内存默认拷贝构造函数。事实上,默认拷贝构造函数可以应付许多情况。
附另外一篇关于复制构造函数的文章:

对一个简单变量的初始化方法是用一个常量或变量初始化另一个变量,例如:
  int m = 80;
  int n = m;
  我们已经会用构造函数初始化对象,那么我们能不能象简单变量的初始化一样,直接用一个对象来初始化另一个对象呢?答案是肯定的。我们以前面定义的Point类为例:
  Point pt1(15, 25);
  Point pt2 = pt1;
后一个语句也可以写成:
  Point pt2( pt1);
它是用pt1初始化pt2,此时,pt2各个成员的值与pt1各个成员的值相同,也就是说,pt1各个成员的值被复制到pt2相应的成员当中。在这个初始化过程当中,实际上调用了一个复制构造函数。当我们没有显式定义一个复制构造函数时,编译器会隐式定义一个缺省的复制构造函数,它是一个内联的、公有的成员,它具有下面的原型形式:
  Point:: Point (const Point &);
可见,复制构造函数与构造函数的不同之处在于形参,前者的形参是Point对象的引用,其功能是将一个对象的每一个成员复制到另一个对象对应的成员当中。
  虽然没有必要,我们也可以为Point类显式定义一个复制构造函数:
  Point:: Point (const Point &pt)
  {
   xVal=pt. xVal;
   yVal=pt. yVal;
  }
  如果一个类中有指针成员,使用缺省的复制构造函数初始化对象就会出现问题。为了说明存在的问题,我们假定对象A与对象B是相同的类,有一个指针成员,指向对象C。当用对象B初始化对象A时,缺省的复制构造函数将B中每一个成员的值复制到A的对应的成员当中,但并没有复制对象C。也就是说,对象A和对象B中的指针成员均指向对象C,实际上,我们希望对象C也被复制,得到C的对象副本D。否则,当对象A和B销毁时,会对对象C的内存区重复释放,而导致错误。为了使对象C也被复制,就必须显式定义复制构造函数。下面我们以string类为例说明,如何定义这个复制构造函数。

例题 例10-11
  class String
{
 public:
  String(); //构造函数
  String(const String &s); //复制构造函数
  ~String(); //析构函数

  // 接口函数
  void set(char const *data);
  char const *get(void);

 private:
  char *str; //数据成员ptr指向分配的字符串
};

String ::String(const String &s)
{
 str = new char[strlen(s.str) + 1];
 strcpy(str, s.str);
}

我们也常用无名对象初始化另一个对象,例如:
  Point pt = Point(10, 20);
  类名直接调用构造函数就生成了一个无名对象,上式用左边的无名对象初始化右边的pt对象。
  构造函数被调用通常发生在以下三种情况,第一种情况就是我们上面看到的:用一个对象初始化另一个对象时;第二种情况是当对象作函数参数,实参传给形参时;第三种情况是程序运行过程中创建其它临时对象时。下面我们再举一个例子,就第二种情况和第三种情况进行说明:
  Point foo(Point pt)
  {
   …
   return pt;
  }
  void main()
  {
   Point pt1 = Point(10, 20);
   Point pt2;
   …
   pt2=foo(pt);
   …
  }
  在main函数中调用foo函数时,实参pt传给形参pt,将实参pt复制给形参pt,要调用复制构造函数,当函数foo返回时,要创建一个pt的临时对象,此时也要调用复制构造函数。

缺省的复制构造函数
  在类的定义中,如果没有显式定义复制构造函数,C++编译器会自动地定义一个缺省的复制构造函数。下面是使用复制构造函数的一个例子:
例题 例10-12
  #include <iostream.h>
#include <string.h>
class withCC
{
 public:
 withCC(){}
 withCC(const withCC&)
 {
  cout<<"withCC(withCC&)"<<endl;
 }
};

class woCC
{
 enum{bsz = 100};
 char buf[bsz];
public:
 woCC(const char* msg = 0)
 {
  memset(buf, 0, bsz);
  if(msg) strncpy(buf, msg, bsz);
 }
 void print(const char* msg = 0)const
 {
  if(msg) cout<<msg<<":";
  cout<<buf<<endl;
 }
};

class composite
{
 withCC WITHCC;
 woCC WOCC;
public:
 composite() : WOCC("composite()"){}
 void print(const char* msg = 0)
 {
  WOCC.print(msg);
 }
};

void main()
{
 composite c;
 c.print("contents of c");
 cout<<"calling composite copy-constructor"<<endl;
 composite c2 = c;
 c2.print("contents of c2");
}

  类withCC有一个复制构造函数,类woCC和类composite都没有显式定义复制构造函数。如果在类中没有显式定义复制构造函数,则编译器将自动地创建一个缺省的构造函数。不过在这种情况下,这个构造函数什么也不作。
  类composite既含有withCC类的成员对象又含有woCC类的成员对象,它使用无参的构造函数创建withCC类的对象WITHCC(注意内嵌的对象WOCC的初始化方法)。
  在main()函数中,语句:
  composite c2 = c;
通过对象C初始化对象c2,缺省的复制构造函数被调用。
  最好的方法是创建自己的复制构造函数而不要指望编译器创建,这样就能保证程序在我们自己的控制之下。

posted @ 2012-04-19 14:37 有间客栈 阅读(205) | 评论 (0)编辑 收藏
 

拷贝构造函数是C++最基础的概念之一,大家自认为对拷贝构造函数了解么?请大家先回答一下三个问题:

1. 以下函数哪个是拷贝构造函数,为什么?

  1. X::X(const X&);   
  2. X::X(X);   
  3. X::X(X&, int a=1);   
  4. X::X(X&, int a=1, b=2);  

 2. 一个类中可以存在多于一个的拷贝构造函数吗?

3. 写出以下程序段的输出结果, 并说明为什么? 如果你都能回答无误的话,那么你已经对拷贝构造函数有了相当的了解。

  1. #include <iostream></iostream>   
  2. #include <string></string>   
  3.   
  4. struct X {   
  5.   template<typename T>   
  6.   X( T& ) { std::cout << "This is ctor." << std::endl; }   
  7.   
  8.   template<typename T>   
  9.     X& operator=( T& ) { std::cout << "This is ctor." << std::endl; }   
  10. };   
  11.   
  12. void main() {   
  13.   X a(5);   
  14.   X b(10.5);   
  15.   X c = a;   
  16.   c = b;   
  17. }  

 

解答如下:

1. 对于一个类X,如果一个构造函数的第一个参数是下列之一:
a) X&
b) const X&
c) volatile X&
d) const volatile X&
且没有其他参数或其他参数都有默认值,那么这个函数是拷贝构造函数. 

  1. X::X(const X&);  //是拷贝构造函数   
  2. X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数  

 2.类中可以存在超过一个拷贝构造函数, 

  1. class X {      
  2. public:      
  3.   X(const X&);      
  4.   X(X&);            // OK   
  5. };  

注意,如果一个类中只存在一个参数为X&的拷贝构造函数,那么就不能使用const X或volatile X的对象实行拷贝初始化.

  1. class X {   
  2. public:   
  3.   X();   
  4.   X(X&);   
  5. };   
  6.     
  7. const X cx;   
  8. X x = cx;    // error   

如果一个类中没有定义拷贝构造函数,那么编译器会自动产生一个默认的拷贝构造函数.
这个默认的参数可能为X::X(const X&)或X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个.

默认拷贝构造函数的行为如下:
 默认的拷贝构造函数执行的顺序与其他用户定义的构造函数相同,执行先父类后子类的构造.
 拷贝构造函数对类中每一个数据成员执行成员拷贝(memberwise Copy)的动作.
 a)如果数据成员为某一个类的实例,那么调用此类的拷贝构造函数.
 b)如果数据成员是一个数组,对数组的每一个执行按位拷贝.
 c)如果数据成员是一个数量,如int,double,那么调用系统内建的赋值运算符对其进行赋值.

 

3.  拷贝构造函数不能由成员函数模版生成. 

  1. struct X {   
  2.     template<typename T>   
  3.     X( const T& );    // NOT copy ctor, T can't be X   
  4.   
  5.     template<typename T>   
  6.     operator=( const T& );  // NOT copy ass't, T can't be X   
  7. };   
  8.   

原因很简单, 成员函数模版并不改变语言的规则,而语言的规则说,如果程序需要一个拷贝构造函数而你没有声明它,那么编译器会为你自动生成一个. 所以成员函数模版并不会阻止编译器生成拷贝构造函数, 赋值运算符重载也遵循同样的规则

posted @ 2012-04-19 14:13 有间客栈 阅读(87) | 评论 (0)编辑 收藏
 

对于普通类型的对象来说,它们之间的复制是很简单的,例如:
int a=88;
int b=a;
而类对象与普通对象不同,类对象内部结构一般较为复杂,存在各种成员变量。下面看一个类对象拷贝的简单例子。

#include <iostream>
using namespace std;

class CExample {
private:
     
int a;
public:
     CExample(
int b)
     
{ a=b;}
     
void Show ()
     
{
        cout
<<a<<endl;
    }

}
;

int main()
{
     CExample A(
100);
     CExample B
=A;
     B.Show ();
     
return 0;
}
 

运行程序,屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出,系统为对象B分配了内存并完成了与对象A的复制过程。就类对象而言,相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。下面举例说明拷贝构造函数的工作过程。

#include <iostream>
using namespace std;

class CExample {
private:
    
int a;
public:
    CExample(
int b)
    
{ a=b;}
    
    CExample(
const CExample& C)
    
{
        a
=C.a;
    }

    
void Show ()
    
{
        cout
<<a<<endl;
    }

}
;

int main()
{
    CExample A(
100);
    CExample B
=A;
    B.Show ();
    
return 0;
}
 

CExample(const CExample& C)就是我们自定义的拷贝构造函数。可见,拷贝构造函数是一种特殊的构造函数,函数的名称必须和类名称一致,它的唯一的一个参数是本类型的一个引用变量,该参数是const类型,不可变的。例如:类X的拷贝构造函数的形式为X(X& x)。

当用一个已初始化过了的自定义类类型对象去初始化另一个新构造的对象的时候,拷贝构造函数就会被自动调用。也就是说,当类的对象需要拷贝时,拷贝构造函数将会被调用。以下情况都会调用拷贝构造函数:
一个对象以值传递的方式传入函数体
一个对象以值传递的方式从函数返回
一个对象需要通过另外一个对象进行初始化。

如果在类中没有显式地声明一个拷贝构造函数,那么,编译器将会自动生成一个默认的拷贝构造函数,该构造函数完成对象之间的位拷贝。位拷贝又称浅拷贝,后面将进行说明。

自定义拷贝构造函数是一种良好的编程风格,它可以阻止编译器形成默认的拷贝构造函数,提高源码效率。

浅拷贝和深拷贝

  在某些状况下,类内成员变量需要动态开辟堆内存,如果实行位拷贝,也就是把对象里的值完全复制给另一个对象,如A=B。这时,如果B中有一个成员变量指针已经申请了内存,那A中的那个成员变量也指向同一块内存。这就出现了问题:当B把内存释放了(如:析构),这时A内的指针就是野指针了,出现运行错误。

  深拷贝和浅拷贝可以简单理解为:如果一个类拥有资源,当这个类的对象发生复制过程的时候,资源重新分配,这个过程就是深拷贝,反之,没有重新分配资源,就是浅拷贝。下面举个深拷贝的例子。

#include <iostream>
using namespace std;
class CA
{
 public:
  CA(int b,char* cstr)
  {
   a=b;
   str=new char[b];
   strcpy(str,cstr);
  }
  CA(const CA& C)
  {
   a=C.a;
   str=new char[a]; //深拷贝
   if(str!=0)
    strcpy(str,C.str);
  }
  void Show()
  {
   cout<<str<<endl;
  }
  ~CA()
  {
   delete str;
  }
 private:
  int a;
  char *str;
};

int main()
{
 CA A(10,"Hello!");
 CA B=A;
 B.Show();
 return 0;
}

深拷贝和浅拷贝的定义可以简单理解成:如果一个类拥有资源(堆,或者是其它系统资源),当这个类的对象发生复制过程的时候,这个过程就可以叫做深拷贝,反之对象存在资源,但复制过程并未复制资源的情况视为浅拷贝。

浅拷贝资源后在释放资源的时候会产生资源归属不清的情况导致程序运行出错。

        Test(Test &c_t)是自定义的拷贝构造函数,拷贝构造函数的名称必须与类名称一致,函数的形式参数是本类型的一个引用变量,且必须是引用。

当用一个已经初始化过了的自定义类类型对象去初始化另一个新构造的对象的时候,拷贝构造函数就会被自动调用,如果你没有自定义拷贝构造函数的时候,系统将会提供给一个默认的拷贝构造函数来完成这个过程,上面代码的复制核心语句就是通过Test(Test &c_t)拷贝构造函数内的p1=c_t.p1;语句完成的。

posted @ 2012-04-19 13:27 有间客栈 阅读(121) | 评论 (0)编辑 收藏

2012年4月18日

堆和栈的区别 (转贴)

非本人作也!因非常经典,所以收归旗下,与众人阅之!原作者不祥!

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(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)—,全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变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。
二、例子程序 
这是一个前辈写的,非常详细 
//main.cpp 
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: 
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: 
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 = (char *)malloc(10); 
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。 
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。堆中的具体内容有程序员安排。 

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: 
#include 
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 <stdio.h> 

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",&v1); //打印各本地变量的内存地址 
printf("0x%08x\n",&v2); 
printf("0x%08x\n\n",&v3); 
printf("0x%08x\n",&g1); //打印各全局变量的内存地址 
printf("0x%08x\n",&g2); 
printf("0x%08x\n\n",&g3); 
printf("0x%08x\n",&s1); //打印各静态变量的内存地址 
printf("0x%08x\n",&s2); 
printf("0x%08x\n\n",&s3); 
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 <stdio.h> 

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",&var1); 
printf("0x%08x\n",&var2); 
printf("0x%08x\n\n",&var3); 
return; 

int main() 

func(1,2,3); 
return 0; 

编译后的执行结果是: 

0x0012ff78 
0x0012ff7c 
0x0012ff80 

0x0012ff68 
0x0012ff6c 
0x0012ff70 


├———————┤<—函数执行时的栈顶(ESP)、低端内存区域 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ var 1 │ 
├———————┤ 
│ var 2 │ 
├———————┤ 
│ var 3 │ 
├———————┤ 
│ RET │ 
├———————┤<—“__cdecl”函数返回后的栈顶(ESP) 
│ parameter 1 │ 
├———————┤ 
│ parameter 2 │ 
├———————┤ 
│ parameter 3 │ 
├———————┤<—“__stdcall”函数返回后的栈顶(ESP) 
│ …… │ 
├———————┤<—栈底(基地址 EBP)、高端内存区域 


上图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”;然后压入函数的返回地址(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,然后用当前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,这还可以从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空间,上例中是减去12字节(ESP=ESP-3*4,每个int变量占用4个字节);接着就初始化本地变量的内存空间。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,先回收本地变量占用的内存(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(ESP=ESP+3*4),继续执行调用者的代码。参见下列汇编代码: 

;--------------func 函数的汇编代码------------------- 

:00401000 83EC0C sub esp, 0000000C //创建本地变量的内存空间 
:00401003 8B442410 mov eax, dword ptr [esp+10] 
:00401007 8B4C2414 mov ecx, dword ptr [esp+14] 
:0040100B 8B542418 mov edx, dword ptr [esp+18] 
:0040100F 89442400 mov dword ptr [esp], eax 
:00401013 8D442410 lea eax, dword ptr [esp+10] 
:00401017 894C2404 mov dword ptr [esp+04], ecx 

……………………(省略若干代码) 

:00401075 83C43C add esp, 0000003C ;恢复堆栈,回收本地变量的内存空间 
:00401078 C3 ret 000C ;函数返回,恢复参数占用的内存空间 
;如果是“__cdecl”的话,这里是“ret”,堆栈将由调用者恢复 

;-------------------函数结束------------------------- 


;--------------主程序调用func函数的代码-------------- 

:00401080 6A03 push 00000003 //压入参数param3 
:00401082 6A02 push 00000002 //压入参数param2 
:00401084 6A01 push 00000001 //压入参数param1 
:00401086 E875FFFFFF call 00401000 //调用func函数 
;如果是“__cdecl”的话,将在这里恢复堆栈,“add esp, 0000000C” 

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: 

#include <stdio.h> 
#include <string.h> 

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,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。 


├———————┤<—低端内存区域 
│ …… │ 
├———————┤<—由exploit填入数据的开始 
│ │ 
│ buffer │<—填入无用的数据 
│ │ 
├———————┤ 
│ RET │<—指向shellcode,或NOP指令的范围 
├———————┤ 
│ NOP │ 
│ …… │<—填入的NOP指令,是RET可指向的范围 
│ NOP │ 
├———————┤ 
│ │ 
│ shellcode │ 
│ │ 
├———————┤<—由exploit填入数据的结束 
│ …… │ 
├———————┤<—高端内存区域 


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关键字来动态分配内存。来看下面的C++代码: 

#include <stdio.h> 
#include <iostream.h> 
#include <windows.h> 

void func() 

char *buffer=new char[128]; 
char bufflocal[128]; 
static char buffstatic[128]; 
printf("0x%08x\n",buffer); //打印堆中变量的内存地址 
printf("0x%08x\n",bufflocal); //打印本地变量的内存地址 
printf("0x%08x\n",buffstatic); //打印静态变量的内存地址 

void main() 

func(); 
return; 

程序执行结果为: 

0x004107d0 
0x0012ff04 
0x004068c0 

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

HeapAlloc 在堆中申请内存空间 
HeapCreate 创建一个新的堆对象 
HeapDestroy 销毁一个堆对象 
HeapFree 释放申请的内存 
HeapWalk 枚举堆对象的所有内存块 
GetProcessHeap 取得进程的默认堆对象 
GetProcessHeaps 取得进程所有的堆对象 
LocalAlloc 
GlobalAlloc 

当进程初始化时,系统会自动为进程创建一个默认堆,这个堆默认所占内存的大小为1M。堆对象由系统进行管理,它在内存中以链式结构存在。通过下面的代码可以通过堆动态申请内存空间: 

HANDLE hHeap=GetProcessHeap(); 
char *buff=HeapAlloc(hHeap,0,8); 

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

#pragma comment(linker,"/entry:main") //定义程序的入口 
#include <windows.h> 

_CRTIMP int (__cdecl *printf)(const char *, ...); //定义STL函数printf 
/*--------------------------------------------------------------------------- 
写到这里,我们顺便来复习一下前面所讲的知识: 
(*注)printf函数是C语言的标准函数库中函数,VC的标准函数库由msvcrt.dll模块实现。 
由函数定义可见,printf的参数个数是可变的,函数内部无法预先知道调用者压入的参数个数,函数只能通过分析第一个参数字符串的格式来获得压入参数的信息,由于这里参数的个数是动态的,所以必须由调用者来平衡堆栈,这里便使用了__cdecl调用规则。BTW,Windows系统的API函数基本上是__stdcall调用形式,只有一个API例外,那就是wsprintf,它使用__cdecl调用规则,同printf函数一样,这是由于它的参数个数是可变的缘故。 
---------------------------------------------------------------------------*/ 
void main() 

HANDLE hHeap=GetProcessHeap(); 
char *buff=HeapAlloc(hHeap,0,0x10); 
char *buff2=HeapAlloc(hHeap,0,0x10); 
HMODULE hMsvcrt=LoadLibrary("msvcrt.dll"); 
printf=(void *)GetProcAddress(hMsvcrt,"printf"); 
printf("0x%08x\n",hHeap); 
printf("0x%08x\n",buff); 
printf("0x%08x\n\n",buff2); 

执行结果为: 

0x00130000 
0x00133100 
0x00133118 

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)的结构,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来转换ANSI字符串到Unicode字符串的。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,这样便造成程序执行效率下降。 

最后来说说内存中的数据对齐。所位数据对齐,是指数据所在的内存地址必须是该数据长度的整数倍,DWORD数据的内存起始地址能被4除尽,WORD数据的内存起始地址能被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。同样一段代码,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: 

#include <stdio.h> 

int main() 

int a; 
char b; 
int c; 
printf("0x%08x\n",&a); 
printf("0x%08x\n",&b); 
printf("0x%08x\n",&c); 
return 0; 

这是用VC编译后的执行结果: 
0x0012ff7c 
0x0012ff7b 
0x0012ff80 
变量在内存中的顺序:b(1字节)-a(4字节)-c(4字节)。 

这是用Dev-C++编译后的执行结果: 
0x0022ff7c 
0x0022ff7b 
0x0022ff74 
变量在内存中的顺序:c(4字节)-中间相隔3字节-b(占1字节)-a(4字节)。 

这是用lcc编译后的执行结果: 
0x0012ff6c 
0x0012ff6b 
0x0012ff64 
变量在内存中的顺序:同上。 

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,浪费内存哦。 


基础知识: 
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。允许插入或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地址,然后继续执行。 


参考:《Windows下的HEAP溢出及其利用》by: isno 
《windows核心编程》by: Jeffrey Richter 



摘要: 讨论常见的堆性能问题以及如何防范它们。(共 9 页)

前言
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用了“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。

什么是堆?
(如果您已经知道什么是堆,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之外的部分内存。下图给出了堆分配程序的不同层。

GlobalAlloc/GlobalFree:Microsoft Win32 堆调用,这些调用直接与每个进程的默认堆进行对话。

LocalAlloc/LocalFree:Win32 堆调用(为了与 Microsoft Windows NT 兼容),这些调用直接与每个进程的默认堆进行对话。

COM 的 IMalloc 分配程序(或 CoTaskMemAlloc / CoTaskMemFree):函数使用每个进程的默认堆。自动化程序使用“组件对象模型 (COM)”的分配程序,而申请的程序使用每个进程堆。

C/C++ 运行时 (CRT) 分配程序:提供了 malloc() 和 free() 以及 new 和 delete 操作符。如 Microsoft Visual Basic 和 Java 等语言也提供了新的操作符并使用垃圾收集来代替堆。CRT 创建自己的私有堆,驻留在 Win32 堆的顶部。

Windows NT 中,Win32 堆是 Windows NT 运行时分配程序周围的薄层。所有 API 转发它们的请求给 NTDLL。

Windows NT 运行时分配程序提供 Windows NT 内的核心堆分配程序。它由具有 128 个大小从 8 到 1,024 字节的空闲列表的前端分配程序组成。后端分配程序使用虚拟内存来保留和提交页。

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

分配和释放块不就那么简单吗?为何花费这么长时间?

堆实现的注意事项
传统上,操作系统和运行时库是与堆的实现共存的。在一个进程的开始,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”。语言运行时也能在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) 之一可以创建和使用单独的堆。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。)

在所有虚拟内存系统中,堆驻留在操作系统的“虚拟内存管理器”的顶部。语言运行时堆也驻留在虚拟内存顶部。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管理。不使用操作系统堆,而使用虚拟内存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,堆尝试从前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)分配一个大块来满足请求。通用的实现有每块分配的开销,这将耗费执行周期,也减少了可使用的存储空间。

Knowledge Base 文章 Q10758,“用 calloc() 和 malloc() 管理内存” (搜索文章编号), 包含了有关这些主题的更多背景知识。另外,有关堆实现和设计的详细讨论也可在下列著作中找到:“Dynamic Storage Allocation: A Survey and Critical Review”,作者 Paul R. Wilson、Mark S. Johnstone、Michael Neely 和 David Boles;“International Workshop on Memory Management”, 作者 Kinross, Scotland, UK, 1995 年 9 月(http://www.cs.utexas.edu/users/oops/papers.html)(英文)。

Windows NT 的实现(Windows NT 版本 4.0 和更新版本) 使用了 127 个大小从 8 到 1,024 字节的 8 字节对齐块空闲列表和一个“大块”列表。“大块”列表(空闲列表[0]) 保存大于 1,024 字节的块。空闲列表容纳了用双向链表链接在一起的对象。默认情况下,“进程堆”执行收集操作。(收集是将相邻空闲块合并成一个大块的操作。)收集耗费了额外的周期,但减少了堆块的内部碎片。

单一全局锁保护堆,防止多线程式的使用。(请参见“Server Performance and Scalability Killers”中的第一个注意事项, George Reilly 所著,在 “MSDN Online Web Workshop”上(站点:http://msdn.microsoft.com/workshop/server/iis/tencom.asp(英文)。)单一全局锁本质上是用来保护堆数据结构,防止跨多线程的随机存取。若堆操作太频繁,单一全局锁会对性能有不利的影响。

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: 

分配操作造成的速度减慢。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空闲块,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线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。

堆破坏造成的速度减慢。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显问题。(破坏不在本文讨论范围之内。有关内存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缓冲区。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。

在所有的服务器系统中(如 IIS、MSProxy、DatabaseStacks、网络服务器、 Exchange 和其他), 堆锁定实在是个大瓶颈。处理器数越多,竞争就越会恶化。

尽量减少堆的使用
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级魔棒吗?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,情况将会大大好转。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:

struct ObjectA {
   // objectA 的数据 
}

struct ObjectB {
   // objectB 的数据 
}

// 同时使用 objectA 和 objectB

//
// 使用指针 
//
struct ObjectB {
   struct ObjectA * pObjA;
   // objectB 的数据 
}

//
// 使用嵌入
//
struct ObjectB {
   struct ObjectA pObjA;
   // objectB 的数据 
}

//
// 集合 – 在另一对象内使用 objectA 和 objectB
//

struct ObjectX {
   struct ObjectA  objA;
   struct ObjectB  objB;
}

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 将被分别分配和释放。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(百分之八十)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。集成的挑战就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,需要内存缓冲区来保存字符串/二进制数据,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向这个缓冲区的指针。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)。块化是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“名称-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,就可减少节点的数量,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。

正确使用 _amblksiz。C 运行时 (CRT) 有它的自定义前端分配程序,该分配程序从后端(Win32 堆)分配大小为 _amblksiz 的块。将 _amblksiz 设置为较高的值能潜在地减少对后端的调用次数。这只对广泛使用 CRT 的程序适用。
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。但总能在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。

其他提高性能的技术
下面是一些提高速度的技术: 

使用 Windows NT5 堆 
由于几个同事的努力和辛勤工作,1998 年初 Microsoft Windows(R) 2000 中有了几个重大改进:

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。堆数据结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 列表来访问这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。


内部数据结构算法也得到改进。
这些改进避免了对分配高速缓存的需求,但不排除其他的优化。使用 Windows NT5 堆评估您的代码;它对小于 1,024 字节 (1 KB) 的块(来自前端分配程序的块)是最佳的。GlobalAlloc() 和 LocalAlloc() 建立在同一堆上,是存取每个进程堆的通用机制。如果希望获得高的局部性能,则使用 Heap(R) API 来存取每个进程堆,或为分配操作创建自己的堆。如果需要对大块操作,也可以直接使用 VirtualAlloc() / VirtualFree() 操作。

上述改进已在 Windows 2000 beta 2 和 Windows NT 4.0 SP4 中使用。改进后,堆锁的竞争率显著降低。这使所有 Win32 堆的直接用户受益。CRT 堆建立于 Win32 堆的顶部,但它使用自己的小块堆,因而不能从 Windows NT 改进中受益。(Visual C++ 版本 6.0 也有改进的堆分配程序。)

使用分配高速缓存 
分配高速缓存允许高速缓存分配的块,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,分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 字节、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中的元素的数量等。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/释放活动。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。利用以上介绍的许多技术之一,这种关系可以用来减少内存分配。

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。通过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。

MP 堆 
MP 堆是对多处理器友好的分布式分配的程序包,在 Win32 SDK(Windows NT 4.0 和更新版本)中可以得到。最初由 JVert 实现,此处堆抽象建立在 Win32 堆程序包的顶部。MP 堆创建多个 Win32 堆,并试图将分配调用分布到不同堆,以减少在所有单一锁上的竞争。

本程序包是好的步骤 —一种改进的 MP-友好的自定义堆分配程序。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。但是,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载了只读项的列表,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,每个对象单独分配和释放。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。

如果大量使用“Automation”结构,请考虑从主线代码中删除“Automation BSTR”,或至少避免重复的 BSTR 操作。(BSTR 连接导致过多的重分配和分配/释放操作。)

摘要
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作用。 

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用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。


要求 C 运行时组针对 OS 所提供的堆制作小巧的分配包装程序。随着 OS 堆的改进,C 运行时堆调用的成本将减小。


操作系统(Windows NT 家族)正在不断改进堆。请随时关注和利用这些改进。
Murali Krishnan 是 Internet Information Server (IIS) 组的首席软件设计工程师。从 1.0 版本开始他就设计 IIS,并成功发行了 1.0 版本到 4.0 版本。Murali 组织并领导 IIS 性能组三年 (1995-1998), 从一开始就影响 IIS 性能。他拥有威斯康星州 Madison 大学的 M.S.和印度 Anna 大学的 B.S.。工作之外,他喜欢阅读、打排球和家庭烹饪。



http://community.csdn.net/Expert/FAQ/FAQ_Index.asp?id=172835
我在学习对象的生存方式的时候见到一种是在堆栈(stack)之中,如下  
CObject  object;  
还有一种是在堆(heap)中  如下  
CObject*  pobject=new  CObject();  
 
请问  
(1)这两种方式有什么区别?  
(2)堆栈与堆有什么区别??  
 
 
---------------------------------------------------------------  
 
1)  about  stack,  system  will  allocate  memory  to  the  instance  of  object  automatically,  and  to  the
 heap,  you  must  allocate  memory  to  the  instance  of  object  with  new  or  malloc  manually.  
2)  when  function  ends,  system  will  automatically  free  the  memory  area  of  stack,  but  to  the 
heap,  you  must  free  the  memory  area  manually  with  free  or  delete,  else  it  will  result  in  memory
leak.  
3)栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。  
4)堆上分配的内存可以有我们自己决定,使用非常灵活。  
---------------------------------------------------------------  

posted @ 2012-04-18 20:09 有间客栈 阅读(114) | 评论 (0)编辑 收藏
仅列出标题