如何判斷棧的增長方向？

對於一個用慣了i386系列機器的人來說，這似乎是一個無聊的問題，因為棧就是從高地址向低地址增長。不過，顯然這不是這個問題的目的，既然把這個問題拿出來，問的就不只是i386系列的機器，跨硬體平臺是這個問題的首先要考慮到的因素。

在一個物質極大豐富的年代，除非無路可退，否則我們堅決不會使用匯編去解決問題，而對於這種有系統程式設計味道的問題，C是一個不錯的選擇。那接下來的問題就是如何用C去解決這個問題。

C在哪裡會用到棧呢？稍微瞭解一點C的人都會立刻給出答案，沒錯，函式。我們知道，區域性變數都存在於棧之中。似乎這個問題立刻就得到了解答，用一個函式宣告兩個區域性變數，然後比較兩個變數的地址，這樣就可以得到答案。

等一下，怎麼比較兩個變數的地址呢？

先宣告的先入棧，

所以，它的第一個變數的地址如果是高的，那就是從上向下增長。“先宣告的先入棧”？這個結論從何而來？一般編譯器都會這麼處理。要是不一般呢？這種看似正確的方法實際上是依賴於編譯器的，所以，可移植性受到了挑戰。

那就函式加個引數，比較引數和區域性變數的位置，引數肯定先入棧。那為什麼不能區域性變數先入棧？第一反應是怎麼可能，但仔細想來又沒有什麼不可以。所以，這種方法也依賴於編譯器的實現。

那到底什麼才不依賴於編譯器呢？

不妨回想一下，函式如何呼叫。執行一個函式時，這個函式的相關資訊都會出現棧之中，比如引數、返回地址和區域性變數。當它呼叫另一個函式時，在它棧資訊保持不變的情況下，會把它呼叫那個函式的資訊放到棧中。

似乎發現了什麼，沒錯，兩個函式的相關資訊位置是固定的，肯定是先呼叫的函式其資訊先入棧，後呼叫的函式其資訊後入棧。那接下來，問題的答案就浮出了水面。

比如，設計兩個函式，一個作為呼叫方，另一個作為被呼叫方。被呼叫方以一個地址（也就是指標）作為自己的入口引數，呼叫方傳入的地址是自己的一個區域性變數的地址，然後，被呼叫方比較這個地址和自己的一個區域性變數地址，由此確定棧的增長方向。

給出了一個解決方案之後，我們再回過頭來看看為什麼之前的做法問題出在哪。為什麼一個函式解決不了這個問題。前面這個大概解釋了函式呼叫的過程，我們提到，函式的相關資訊會一起送入棧，這些資訊就包括了引數、返回地址和區域性變數等等，在計算機的術語裡，有個說法叫棧幀，指的就是這些與一次函式呼叫相關的東西，而在一個棧幀內的這些東西其相對順序是由編譯器決定的，所以，僅僅在一個棧幀內做比較，都會有對編譯器的依賴。就這個問題而言，引數和區域性變數，甚至包括返回地址，都是相同的，因為它們在同一個棧幀內，它們之間的比較是不能解決這個問題的，而它們就是一個函式的所有相關資訊，所以，一個函式很難解決這個問題。

好了，既然有了這個瞭解，顯然可以擴充套件一下前面的解決方案，可以兩個棧幀內任意的東西進行比較，比如，各自的入口引數，都可以確定棧的增長方向。

狂想一下，會不會有編譯器每次專門留下些什麼，等下一個函式的棧幀入棧之後，在把這個留下的東西入棧呢？這倒是個破壞的好方法。如果哪位知道有這麼神奇的編譯器，不妨告訴我。我們可以把它的作者拉過來打一頓，想折磨死誰啊！

#include<stdio.h>

void func1();
void func2(int *a);

void func1()
{
    int a=0;
    func2(&a);
}
void func2(int *a)
{
    int b=0;
    printf("%x\n%x\n",a,&b);
}


int main()
{
    func1();
}

結果：

29f6ac
29f5c8
請按任意鍵繼續. . .

可以看到，a>b;說明生長方向向上。電腦中棧的增長方向是由高地址向低地址方向增長的。

為什麼棧向下增長？

“這個問題與虛擬地址空間的分配規則有關，每一個可執行C程式，從低地址到高地址依次是：text，data，bss，堆，棧，環境引數變數；其中堆和棧之間有很大的地址空間空閒著，在需要分配空間的時候，堆向上漲，棧往下漲。”

這樣設計可以使得堆和棧能夠充分利用空閒的地址空間。如果棧向上漲的話，我們就必須得指定棧和堆的一個嚴格分界線，但這個分界線怎麼確定呢？平均分？但是有的程式使用的堆空間比較多，而有的程式使用的棧空間比較多。所以就可能出現這種情況：一個程式因為棧溢位而崩潰的時候，其實它還有大量閒置的堆空間呢，但是我們卻無法使用這些閒置的堆空間。所以呢，最好的辦法就是讓堆和棧一個向上漲，一個向下漲，這樣它們就可以最大程度地共用這塊剩餘的地址空間，達到利用率的最大化！！

呵呵，其實當你明白這個原理的時候，你也會不由地驚歎當時設計計算機的那些科學家驚人的聰明和智慧！！

（堆疊方向相反極小情況會發生的問題，堆疊重疊）。

為什麼要把堆和棧分開？

　為什麼要把堆和棧區分出來呢？棧中不是也可以儲存資料嗎？

      第一，從軟體設計的角度看，棧代表了處理邏輯，而堆代表了資料。

      這樣分開，使得處理邏輯更為清晰。分而治之的思想。這種隔離、模組化的思想在軟體設計的方方面面都有體現。

　　第二，堆與棧的分離，使得堆中的內容可以被多個棧共享（也可以理解為多個執行緒訪問同一個物件）。這種共享的收益是很多的。一方面這種共享提供了一種有效的資料互動方式(如：共享記憶體)，另一方面，堆中的共享常量和快取可以被所有棧訪問，節省了空間。

　　第三，棧因為執行時的需要，比如儲存系統執行的上下文，需要進行地址段的劃分。由於棧只能向上增長，因此就會限制住棧儲存內容的能力。而堆不同，堆中的物件是可以根據需要動態增長的，因此棧和堆的拆分，使得動態增長成為可能，相應棧中只需記錄堆中的一個地址即可。

　　第四，面向物件就是堆和棧的完美結合。其實，面向物件方式的程式與以前結構化的程式在執行上沒有任何區別。但是，面向物件的引入，使得對待問題的思考方式發生了改變，而更接近於自然方式的思考。當我們把物件拆開，你會發現，物件的屬性其實就是資料，存放在堆中；而物件的行為（方法），就是執行邏輯，放在棧中。我們在編寫物件的時候，其實即編寫了資料結構，也編寫的處理資料的邏輯。不得不承認，面向物件的設計，確實很美。

遞迴溢位原因：

1.遞迴層次太深。

2.人為

   #include  
　　int main ( ) 
　　{ 
　　char name[8]; 
　　printf("Please type your name: "); 
　　gets(name); 
　　printf("Hello, %s!", name); 
　　return 0; 
　　}

堆疊溢位

　　現在我們再執行一次，輸入ipxodiAAAAAAAAAAAAAAA,執行完gets(name)之後，由於我們輸入的name字串太長，name陣列容納不下，只好向記憶體頂部繼續寫‘A’。由於堆疊的生長方向與記憶體的生長方向相反，這些‘A’覆蓋了堆疊的老的元素。 我們可以發現，EBP，ret都已經被‘A’覆蓋了。在main返回的時候，就會把‘AAAA’的ASCII碼：0x41414141作為返回地址，CPU會試圖執行0x41414141處的指令，結果出現錯誤。這就是一次堆疊溢位。

　　3、如何利用堆疊溢位

　　我們已經制造了一次堆疊溢位。其原理可以概括為：由於字串處理函式(gets，strcpy等等)沒有對陣列越界加以監視和限制，我們利用字元陣列寫越界，覆蓋堆疊中的老元素的值，就可以修改返回地址。（更多：http://security.ctocio.com.cn/tips/485/7723985.shtml）。

堆(heap)和棧(stack)有什麼區別??

簡單的可以理解為：

heap：是由malloc之類函式分配的空間所在地。地址是由低向高增長的。

stack：是自動分配變數，以及函式呼叫的時候所使用的一些空間。地址是由高向低減少的。

預備知識—程式的記憶體分配

一個由c/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分

1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

2、堆區（heap） — 一般由程式設計師分配釋放， 若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收 。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於連結串列，呵呵。

3、全域性區（靜態區）（static）—，全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域， 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後有系統釋放

4、文字常量區 —常量字串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放

5、程式程式碼區—存放函式體的二進位制程式碼。

二、例子程式

這是一個前輩寫的，非常詳細

//main.cpp

int a = 0; 全域性初始化區

char *p1; 全域性未初始化區

main()

{

int b; 棧

char s[] = "abc"; 棧

char *p2; 棧

char *p3 = "123456"; 123456在常量區，p3在棧上。

static int c =0； 全域性（靜態）初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。

strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。

}

二、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

stack:

由系統自動分配。 例如，宣告在函式中一個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間

heap:

需要程式設計師自己申請，並指明大小，在c中malloc函式

如p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new運算子

如p2 = (char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2

申請後系統的響應

棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢位。

堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式的申請時，

會遍歷該連結串列，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點連結串列中刪除，並將該結點的空間分配給程式，另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，程式碼中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒連結串列中。

2.3申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

2.4申請效率的比較：

棧由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。

堆是由new分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧是直接在程序的地址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度， 也最靈活

2.5堆和棧中的儲存內容

棧： 在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函式的各個引數，在大多數的C編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。

當本次函式呼叫結束後，區域性變數先出棧，然後是引數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函式中的下一條指令，程式由該點繼續執行。

堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

2.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的；

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；

但是，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(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;

}

對應的彙編程式碼

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

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中，而第二種則要先把指edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。

?

2.7小結：

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：

使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

堆和棧的區別主要分：

作業系統方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。

還有就是資料結構方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這裡的堆實際上指的就是（滿足堆性質的）優先佇列的一種資料結構，第1個元素有最高的優先權；棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或資料結構。

雖然堆疊，堆疊的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連著叫只是由於歷史的原因針值讀