Стек и куча: как все это работает?

@fuelcs · Регистрация: 23.01.2013

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Добрый вечер, подскажите пожалуйста хорошую литературу (сайты) по куче и стеку. Как оно все работает?
Насколько я понял все статические переменные лежат в стеке. К примеру в программе есть несколько переменных: а, б и с. Значит где-то должен хранится адрес каждой из них? Как осуществляется доступ к переменным?
Указатели (переменные) к примеру хранятся в стеке?
Вообщем вопрос один где про это все толково написано?
Спасибо за все хорошие источники...

alsav22 · 22.02.2013, 00:37

Сообщение от Vourhey

Нет в случае со стеком она вообще не может быть свободной и занятой.

Сформулирую по другому: то есть, при выходе из for() переменная i подолжает существовать в стеке?

Vourhey · 22.02.2013, 00:39

Сообщение от alsav22

то есть, при выходе из for() переменная i подолжает существовать в стеке?

Конечно.

Добавлено через 1 минуту
Поменяй свой код на такой, если хочешь проверить:

C++

    int *a;
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {a = &i;}
   cout<<*a;

Добавлено через 38 секунд

Не по теме:

код не компилял, сорри, если где опечатался

alsav22 · 22.02.2013, 00:40

Сообщение от Vourhey

Конечно.

И я могу с ней работать?

Vourhey · 22.02.2013, 00:40

Сообщение от alsav22

И я могу с ней работать?

Почему бы и нет.

alsav22 · 22.02.2013, 00:47

Тогда вопрос общего характера: что есть переменная? Область в памяти, или именованная область в памяти, или что ещё?

Vourhey · 22.02.2013, 00:51

Сообщение от alsav22

что есть переменная? Область в памяти или именованная область в памяти?

Не по теме:

"Переменная" - это вопрос субъективного восприятия :) так же, как и константы, ссылки и так далее. Кто, на каком уровне привык воспринимать, тот так и понимает.

@fuelcs · 22.02.2013, 01:00 **[ТС]**

Сообщение от Vourhey

Тебе так же нужно знать смещение от начала массива в стеке, как в предыдущем примере

В общем, если в программе несколько статических переменных, то есть место где хранится адрес первого элемента стека, плюс дополнительная память где храниться смещение каждой переменной относительно адреса первой?
Для массивов есть смещение только для первого (нулевого) элемента, а с итым разбирается компилятор?

Добавлено через 5 минут
Не могу понять как работает стек...

alsav22 · 22.02.2013, 01:02

http://dvo.sut.ru/libr/cvti/i618buz/8.htm

Vourhey · 22.02.2013, 01:16

Сообщение от fuelcs

то есть место где хранится адрес первого элемента стека, плюс дополнительная память где храниться смещение каждой переменной относительно адреса первой?

Не совсем. Во первых, это зависит от компилятора, как будет вестись обращение к твоеим переменным, через указатель стека (ESP), или через адрес на начало локальных данных (часто в EBP хранится), или через что-нибудь еще. Стек растет от больших адресов к меньшим. Поэтому обращение к данным от их "начала" это операция "минус", а не "плюс".

Сообщение от fuelcs

Для массивов есть смещение только для первого (нулевого) элемента, а с итым разбирается компилятор?

Вопрос не понял.

Добавлено через 20 секунд

Сообщение от fuelcs

Не могу понять как работает стек...

Ща...

Добавлено через 2 минуты

Сообщение от fuelcs

Не могу понять как работает стек...

Может, те все-таки книжку почитать?

Добавлено через 1 минуту
Например, в этой книге: http://www.ozon.ru/context/detail/id/2631566/ все это описано.

Добавлено через 1 минуту
Вот пример кода сгенерированного компилятором для того примера с пустым циклом:

Assembler

    movl    $0, -4(%rbp)
    jmp .L2
.L3:
    addl    $1, -4(%rbp)
.L2:
    cmpl    $4, -4(%rbp)
    setle   %al
    testb   %al, %al
    jne .L3

Обращение через -4(%rbp) к этой переменной.

alsav22 · 22.02.2013, 01:16

Сообщение от Vourhey

Кто, на каком уровне привык воспринимать, тот так и понимает.

Я привык, что у переменной есть имя.

Vourhey · 22.02.2013, 01:18

Добавим код с указателем, который я там кидал выше и вот такой вариант возможен:

Assembler

    movl    $0, -12(%rbp)
    jmp .L2
.L3:
    leaq    -12(%rbp), %rax
    movq    %rax, -8(%rbp)
    movl    -12(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -12(%rbp)
.L2:
    movl    -12(%rbp), %eax
    cmpl    $4, %eax
    setle   %al
    testb   %al, %al
    jne .L3

-8(%rbp) - наш указатель
-12(%rbp) - это i

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от alsav22

Я привык, что у переменной есть имя.

Это ты написал, чтобы мы знали, как ты привык? )) окей, кто-нибудь это учтет

переменная - языковое понятие. А понятие стека уже выходит за рамки языка. Значит и "переменную" уже обсуждать можно за рамками языка. То есть то, что она есть.

@fuelcs · 22.02.2013, 01:18 **[ТС]**

Просто привык что информацию можно нагуглить, на википедии почитать...
Там написано про принцип LIFO, структура и все такое...
Предыдущий элемент указывает на следующий...
Но не могу понять (представить) как привязать конкретную переменную к определенному адресу...

Vourhey · 22.02.2013, 01:54

Сообщение от fuelcs

Там написано про принцип LIFO, структура и все такое...

Потому что ты не то гуглишь. гугли "стековый фрейм", фрейм стека, cdecl, fastcall, регистры и их назначение (esp, в частности).
Просто "стек" - это еще и контейнер, но уже из другой области.

Добавлено через 33 минуты

Сообщение от fuelcs

В общем, если в программе несколько статических переменных то есть место где хранится адрес первого элемента стека,

Не статических. Автоматических. Статические хранятся в области данных, не на стеке. Что-то пропустил я часть твоего сообщения мимо глазных яблок...

@fuelcs · 22.02.2013, 13:47 **[ТС]**

Сообщение от Vourhey

Статические хранятся в области данных, не на стеке.

Статические, имеется ввиду:

C++

1	static int a;

?
А переменная объявленная:

C++

int a;

является автоматической?
Еще вопрос, где хранятся глобальные переменные?

И в общем: код программы, статические переменные "хранятся в области данных", просто в оперативке (не в стеке не в куче)? Автоматические хранятся в стеке? Динамические в куче?

И на последок, переменные, объявленные через шаблоны, являются автоматическими и хранятся в стеке?

alsav22 · 22.02.2013, 17:16

Сообщение от fuelcs

Еще вопрос, где хранятся глобальные переменные?

Отсюда: http://dvo.sut.ru/libr/cvti/i618buz/8.htm

"Область памяти, в которой размещается программа, делится на разделы по назначению и способам управления данными:

· сегмент кода используется для хранения кода программы – функций. Функции помещаются в сегмент кода на этапе компиляции программы и находятся там до завершения работы программы, поэтому все функции в C имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы;

· статическая память (сегмент данных) предназначена для хранения переменных в течение всего времени выполнения программы. Если для переменной в какой-либо момент работы программы выделена память в сегменте данных, она там будет находиться до завершения работы программы, даже если эта переменная больше не нужна. По умолчанию в сегменте данных хранятся глобальные переменные;

· стек – это область памяти, в которой хранятся локальные переменные и параметры функций. При вызове функции ее параметры и локальные переменные помещаются в стек. Стек функционирует по принципу стакана – значение, помещенное в стек первым, оказывается на дне стека, в то время как последнее значение – на вершине стека. По завершении работы функции все данные, принадлежащие этой функции, удаляются из стека. Очистка стека начинается с вершины, т. е. со значений, помещенных в стек последними;

· динамическая память (куча) позволяет программисту управлять процессом выделения памяти под переменные и освобождением памяти. Переменные, размещаемые в динамической памяти, называются динамическими переменными."

Ещё можно здесь почитать: https://www.cyberforum.ru/blogs/18334/blog103.html

@mzarb · 22.02.2013, 19:27

alsav22, А что это

сегмент кода используется для хранения кода программы – функций. Функции помещаются в сегмент кода на этапе компиляции программы и находятся там до завершения работы программы, поэтому все функции в C имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы;

Хм, а если глубже, то это нужно смотреть книги по архитектуре операционной системы?

alsav22 · 22.02.2013, 19:57

Сообщение от mzarb

Хм, а если глубже, то это нужно смотреть книги по архитектуре операционной системы?

Может быть по ассемблеру. Там, насколько помню, тоже есть сегмент кода, сегмент данных и пр.

Добавлено через 5 минут
Код программы где-то же содержится? Это и есть сегмент кода. Данные отдельно - сегмент данных (статическая память). Стек отдельно. Динамическую память выделяет ОС. Как-то так.

Vourhey · 22.02.2013, 22:41

Сообщение от mzarb

А что это

Почитай про формат исполняемых файлов. Узнаешь, что такое секции.

@fuelcs · 23.02.2013, 17:43 **[ТС]**

Vourhey, Есть к Вам несколько вопросов...

Стек адресуется при помощи пары регистров SS:ESP. Регистр SS
(Stack Selector) содержит селектор сегмента стека при работе процессора
в защищенном режиме, ESP (Stack Pointer, указатель стека) - смещение
относительно базового адреса сегмента стека.

Мы выбираем с помощью SS сегмент памяти и ESP указывает на вершину стека внутри этого блока (сегмента памяти). Другими словами ESP (Stack Pointer, указатель стека) содержит не адрес (в понимании указатель) а только смещение относительно базового адреса?
То есть, в программе мы не работаем с физическим адресом, а с логическим?

И еще... Поскольку адресация в стеке идет от старших адресов к младшим (до 0x00000000), то размер стека ограничивается размерами сегмента памяти? Для x86 - 65536 байт? Или же стек может содержать в себе несколько сегментов памяти?

Добавлено через 2 минуты

Сообщение от Vourhey

-8(%rbp) - наш указатель
-12(%rbp) - это i

В ассемблере не силен... (%rbp)- это значение регистра ESP, а "-8" - это смещение относительно вершины стека?

@OhMyGodSoLong · 23.02.2013, 17:44

Закопайте сегментную адресацию обратно. Регистр SS оставлен в архитектуре исключительно для совместимости. В современных ОС он перменентно равен нулю, а ESP содержит полный адрес на все 32 бита.

Сообщение от fuelcs

В ассемблере не силен... (%rbp)- это значение регистра ESP, а "-8" - это смещение относительно вершины стека?

Да, только регистр всё же RBP (64-битный аналог ESP) и смещение относительно RBP — текущего стек-фрейма.

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 00:37	21
	Сообщение от Vourhey Нет в случае со стеком она вообще не может быть свободной и занятой. Сформулирую по другому: то есть, при выходе из for() переменная i подолжает существовать в стеке? 0

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 00:47	25
	Тогда вопрос общего характера: что есть переменная? Область в памяти, или именованная область в памяти, или что ещё? 1

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 01:02	28
	http://dvo.sut.ru/libr/cvti/i618buz/8.htm 0

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 01:16	30
	Сообщение от Vourhey Кто, на каком уровне привык воспринимать, тот так и понимает. Я привык, что у переменной есть имя. 0

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 17:16	35
	Сообщение от fuelcs Еще вопрос, где хранятся глобальные переменные? Отсюда: http://dvo.sut.ru/libr/cvti/i618buz/8.htm "Область памяти, в которой размещается программа, делится на разделы по назначению и способам управления данными: · сегмент кода используется для хранения кода программы – функций. Функции помещаются в сегмент кода на этапе компиляции программы и находятся там до завершения работы программы, поэтому все функции в C имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы; · статическая память (сегмент данных) предназначена для хранения переменных в течение всего времени выполнения программы. Если для переменной в какой-либо момент работы программы выделена память в сегменте данных, она там будет находиться до завершения работы программы, даже если эта переменная больше не нужна. По умолчанию в сегменте данных хранятся глобальные переменные; · стек – это область памяти, в которой хранятся локальные переменные и параметры функций. При вызове функции ее параметры и локальные переменные помещаются в стек. Стек функционирует по принципу стакана – значение, помещенное в стек первым, оказывается на дне стека, в то время как последнее значение – на вершине стека. По завершении работы функции все данные, принадлежащие этой функции, удаляются из стека. Очистка стека начинается с вершины, т. е. со значений, помещенных в стек последними; · динамическая память (куча) позволяет программисту управлять процессом выделения памяти под переменные и освобождением памяти. Переменные, размещаемые в динамической памяти, называются динамическими переменными." Ещё можно здесь почитать: https://www.cyberforum.ru/blogs/18334/blog103.html 2

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
		1
	Стек и куча: как все это работает? 21.02.2013, 23:13. Показов 12745. Ответов 58 Метки нет (Все метки) Добрый вечер, подскажите пожалуйста хорошую литературу (сайты) по куче и стеку. Как оно все работает? Насколько я понял все статические переменные лежат в стеке. К примеру в программе есть несколько переменных: а, б и с. Значит где-то должен хранится адрес каждой из них? Как осуществляется доступ к переменным? Указатели (переменные) к примеру хранятся в стеке? Вообщем вопрос один где про это все толково написано? Спасибо за все хорошие источники... 2

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 00:40	23
	Сообщение от Vourhey Конечно. И я могу с ней работать? 0

Vourhey Почетный модератор 7393 / 2639 / 281 Регистрация: 29.07.2006 Сообщений: 13,696
	22.02.2013, 00:40	24
	Сообщение от alsav22 И я могу с ней работать? Почему бы и нет. 0

Vourhey Почетный модератор 7393 / 2639 / 281 Регистрация: 29.07.2006 Сообщений: 13,696
	22.02.2013, 00:51	26
	Сообщение от alsav22 что есть переменная? Область в памяти или именованная область в памяти? Не по теме: "Переменная" - это вопрос субъективного восприятия :) так же, как и константы, ссылки и так далее. Кто, на каком уровне привык воспринимать, тот так и понимает. 1

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	22.02.2013, 01:00 [ТС]	27
	Сообщение от Vourhey Тебе так же нужно знать смещение от начала массива в стеке, как в предыдущем примере В общем, если в программе несколько статических переменных, то есть место где хранится адрес первого элемента стека, плюс дополнительная память где храниться смещение каждой переменной относительно адреса первой? Для массивов есть смещение только для первого (нулевого) элемента, а с итым разбирается компилятор? Добавлено через 5 минут Не могу понять как работает стек... 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	22.02.2013, 01:18 [ТС]	32
	Просто привык что информацию можно нагуглить, на википедии почитать... Там написано про принцип LIFO, структура и все такое... Предыдущий элемент указывает на следующий... Но не могу понять (представить) как привязать конкретную переменную к определенному адресу... 0

Vourhey Почетный модератор 7393 / 2639 / 281 Регистрация: 29.07.2006 Сообщений: 13,696
	22.02.2013, 01:54	33
	Сообщение было отмечено как решение Решение Сообщение от fuelcs Там написано про принцип LIFO, структура и все такое... Потому что ты не то гуглишь. гугли "стековый фрейм", фрейм стека, cdecl, fastcall, регистры и их назначение (esp, в частности). Просто "стек" - это еще и контейнер, но уже из другой области. Добавлено через 33 минуты Сообщение от fuelcs В общем, если в программе несколько статических переменных то есть место где хранится адрес первого элемента стека, Не статических. Автоматических. Статические хранятся в области данных, не на стеке. Что-то пропустил я часть твоего сообщения мимо глазных яблок... 3

@mzarb 8 / 8 / 2 Регистрация: 14.01.2013 Сообщений: 141
	22.02.2013, 19:27	36
	alsav22, А что это сегмент кода используется для хранения кода программы – функций. Функции помещаются в сегмент кода на этапе компиляции программы и находятся там до завершения работы программы, поэтому все функции в C имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы; Хм, а если глубже, то это нужно смотреть книги по архитектуре операционной системы? 0

alsav22 5498 / 4893 / 831 Регистрация: 04.06.2011 Сообщений: 13,587
	22.02.2013, 19:57	37
	Сообщение от mzarb Хм, а если глубже, то это нужно смотреть книги по архитектуре операционной системы? Может быть по ассемблеру. Там, насколько помню, тоже есть сегмент кода, сегмент данных и пр. Добавлено через 5 минут Код программы где-то же содержится? Это и есть сегмент кода. Данные отдельно - сегмент данных (статическая память). Стек отдельно. Динамическую память выделяет ОС. Как-то так. 2

Vourhey Почетный модератор 7393 / 2639 / 281 Регистрация: 29.07.2006 Сообщений: 13,696
	22.02.2013, 22:41	38
	Сообщение от mzarb А что это Почитай про формат исполняемых файлов. Узнаешь, что такое секции. 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 17:43 [ТС]	39
	Vourhey, Есть к Вам несколько вопросов... Стек адресуется при помощи пары регистров SS:ESP. Регистр SS (Stack Selector) содержит селектор сегмента стека при работе процессора в защищенном режиме, ESP (Stack Pointer, указатель стека) - смещение относительно базового адреса сегмента стека. Мы выбираем с помощью SS сегмент памяти и ESP указывает на вершину стека внутри этого блока (сегмента памяти). Другими словами ESP (Stack Pointer, указатель стека) содержит не адрес (в понимании указатель) а только смещение относительно базового адреса? То есть, в программе мы не работаем с физическим адресом, а с логическим? И еще... Поскольку адресация в стеке идет от старших адресов к младшим (до 0x00000000), то размер стека ограничивается размерами сегмента памяти? Для x86 - 65536 байт? Или же стек может содержать в себе несколько сегментов памяти? Добавлено через 2 минуты Сообщение от Vourhey -8(%rbp) - наш указатель -12(%rbp) - это i В ассемблере не силен... (%rbp)- это значение регистра ESP, а "-8" - это смещение относительно вершины стека? 0

@OhMyGodSoLong ~ Эврика! ~ 1256 / 1005 / 74 Регистрация: 24.07.2012 Сообщений: 2,002
	23.02.2013, 17:44	40
	Закопайте сегментную адресацию обратно. Регистр SS оставлен в архитектуре исключительно для совместимости. В современных ОС он перменентно равен нулю, а ESP содержит полный адрес на все 32 бита. Сообщение от fuelcs В ассемблере не силен... (%rbp)- это значение регистра ESP, а "-8" - это смещение относительно вершины стека? Да, только регистр всё же RBP (64-битный аналог ESP) и смещение относительно RBP — текущего стек-фрейма. 1

Стек и куча: как все это работает?

Решение