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...

@fuelcs · 23.02.2013, 17:50 **[ТС]**

~OhMyGodSoLong~, то есть размер стека неограничен? лимитируется только операционной системой? Как узнать лимит?

@OhMyGodSoLong · 23.02.2013, 17:57

Да ограничивается системой. На Windows — GetCurrentThreadStackLimits(). На Linux — getrlimit().

@fuelcs · 23.02.2013, 18:48 **[ТС]**

~OhMyGodSoLong~, и все таки, для архитектуры Х86

размер стека ограничивается размерами сегмента памяти?

@OhMyGodSoLong · 23.02.2013, 19:30

Сообщение от fuelcs

~OhMyGodSoLong~, и все таки, для архитектуры Х86

Да. Ограничен сегментом в 4 гигабайта, на начало которого в виртуальном адресном пространстве указывает SS.

@fuelcs · 23.02.2013, 20:14 **[ТС]**

Сообщение от ~OhMyGodSoLong~

Ограничен сегментом в 4 гигабайта

Не совсем понимаю... 32 битная система может адресовать 4 гигабайта памяти, верно? 4 гигабайта "виртуально" делятся на 65536 сегментов по 65536 байт каждый? SS указывает на конкретный сегмент из 65536-ти?
То есть, что бы стек занимал 4 гигабайта, нам при работе программы нужно менять содержимое регистра SS?
И отсюда можно сделать вывод что стек фрагментирован? Например, если при вызове очередной функции недостаточно памяти в сегменте (65536 байт) для размещения всего блока данных функции...

@OhMyGodSoLong · 23.02.2013, 22:52

Сообщение от fuelcs

Не совсем понимаю... 32 битная система может адресовать 4 гигабайта памяти, верно? 4 гигабайта "виртуально" делятся на 65536 сегментов по 65536 байт каждый? SS указывает на конкретный сегмент из 65536-ти?

Вот пусть у нас защищённый режим. Есть SS (16 битов), где хранится селектор сегмента. Селектор состоит из номера записи в таблице сегментов (13 битов), бита с типом таблицы (локальная/глобальная) и ещё двух битов с правами на чтение/запись. В таблице хранятся записи, каждая по 64 бита (где хранится размер сегмента [20 бит], адрес начала сегмента [32 бита], флажок с единицей измерения размера сегмента [1 байт или 2¹² байтов], и ещё пачка зарезервированных/неиспользуемых битов).

И есть ESP (32 бита), который указывает на смещение верхушки стека в этом сегменте относительно его начала.

Сегмент стека может быть хоть на все 4 гигабайта длиной, хоть в один байт. Харварные возможности ограничивать размеры стека есть, но на них все клали прибор, потому что есть страницы.

@fuelcs · 23.02.2013, 23:05 **[ТС]**

~OhMyGodSoLong~, спасибо)

ValeryS · 23.02.2013, 23:14

Сообщение от Vourhey

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

позвольте с вами не согласится
конечно как такого объявления "свободная" занятая в стеке нет
но

C++

1
2
3

for(int i=0;i<10;i++)//  i лежит в стеке
{}
int b=5;//b спокойно может лечь на место i,зависит от компилятора

мне кажется что ТС не понимает разницу между статическими и локальными(автоматическими) переменными
статические переменные лежат там же где и глобальные в области данных
попытаюсь проиллюстрировать

C++

int a; // глобальная переменная лежит в области данных
void fnc()
{
int b; //локальная лежит в стеке
static int c=0;// статическая лежит в области данных рядом с a
int *p=new int[10];//указатель p лежит в стеке а память выделяется в куче
 
p[5]=10;//здесь мы взяли указатель p из стека добавили к нему смешение 5 и по полученному адресу записали 10 в кучу
 
}

@fuelcs · 23.02.2013, 23:25 **[ТС]**

Сообщение от ~OhMyGodSoLong~

где хранится размер сегмента [20 бит]

а почему размер сегмента 20 бит а не 32 бита?

Добавлено через 3 минуты

Сообщение от ValeryS

C++

1	p[5]=10;//здесь мы взяли указатель p из стека добавили к нему смешение 5 и по полученному адресу записали 10 в кучу

а фактически смещение равно 5 или 20?

Добавлено через 2 минуты

Не по теме:

Сообщение от ValeryS

мне кажется что ТС

что значит ТС?

ValeryS · 23.02.2013, 23:35

Сообщение от fuelcs

а фактически смещение равно 5 или 20?

нет такого фактически
смешение на 5 int-ов
в 32 разрядной ОС 20 байт (int 4 байта)
в 16 разрядной на 10(int 2 байта)
в 64 разрядной 40 (int 8 байта)

Добавлено через 57 секунд

Сообщение от fuelcs

что значит ТС?

Топик Стартер
человек который создал тему, в данном случае ты

Добавлено через 7 минут
попытаюсь объяснить по другому

Сообщение от ValeryS

C++

1	int *p=new int[10];

где то в куче выделили память допустим по адресу 100000
в p(который лежит в стеке) записалось 100000 это адрес памяти который выделен в куче

Сообщение от ValeryS

C++

p[5]=10;

к 100000 прибавили 5*размер int (возьмем 4 для 32 разрядных) получился адрес 100020
и вот по этому адресу записываем 10

@fuelcs · 23.02.2013, 23:38 **[ТС]**

Не по теме:

Сообщение от ValeryS

в 64 разрядной 40 (int 8 байта)

наверное глупый вопрос, диапазон значений переменной зависит от разрядности системы?

ValeryS · 23.02.2013, 23:41

Сообщение от fuelcs

наверное глупый вопрос, диапазон значений переменной зависит от разрядности системы?

конечно
в 16 разрядной под int 16 бит
для беззнаковой 2 в 16 степени
для знаковой -2 в 15 +2 в 15

в 32 разрядной под int 32 бит
для беззнаковой 2 в 32 степени
для знаковой -2 в 31 +2 в 31

в 64 разрядной под int 64 бит
для беззнаковой 2 в 64 степени
для знаковой -2 в 63 +2 в 63

@OhMyGodSoLong · 23.02.2013, 23:56

Сообщение от fuelcs

а почему размер сегмента 20 бит а не 32 бита?

Потому что когда-то компьютеры были маленькими и память у них была маленькой, аж максимум на 1 мегабайт. И никто тогда не думал о том, как потом расширять размеры сегмента; типа, кому будет надо, тот заплатит и мы чего-нибудь придумаем. Ну вот и придумали тот самый битик, который говорит, что или меряется размер в байтах (тогда сегмент максимум на мегабайт, 2²⁰), или в кусках по 4 килобайта (тогда сегмент максимум на 2^{12 + 20}, на 4 гигабайта).

Вот из таких костылей (конкретно этот — это ещё чуть ли не образец изящества) и состоит вся архитектура x86. Потому что Intel любит обратную совместимость.

Кстати, лишние 4 бита там тоже костылём прикручены. Раньше он был вообще на 16 бит.

@fuelcs · 23.02.2013, 23:59 **[ТС]**

размер сегмента 20 бит

я правильно понимаю:
20 бит это 2^20=1 мегабайт?
То есть максимальный размер сегмента 1 мегабайт?

Добавлено через 2 минуты
~OhMyGodSoLong~, теперь ясно

@D.E.S.P.E.R.O. · 13.06.2013, 15:49

Может кто еще обьяснит в чем разница между регистром RBP и RSP? Хотя бы, что именно хранится в одном и в другом и как это все связано и взаимодействует?

Jupiter · 13.06.2013, 16:01

rsp хранит текущую верхушку стека
rbp - предыдущий стековый фрейм

@D.E.S.P.E.R.O. · 13.06.2013, 16:09

Просто в англоязычном источнике так скользко описано:

RBP is the base pointer, which points to the base of the current stack frame.
RSP is the stack pointer, which points to the top of the current stack frame.

И если в случае с RSP все более-менее понятно, то интерпретировать понятие "base of the current stack frame" я так и не смог...

@fuelcs · 13.06.2013, 16:46 **[ТС]**

D.E.S.P.E.R.O.,
может это поможет...

SP/ESP/RSP: Stack pointer for top address of the stack.
BP/EBP/RBP: Stack base pointer for holding the address of the current stack frame.

@D.E.S.P.E.R.O. · 13.06.2013, 17:06

fuelcs, большое спасибо! Очено ценная информация!

@OhMyGodSoLong ~ Эврика! ~ 1256 / 1005 / 74 Регистрация: 24.07.2012 Сообщений: 2,002
	23.02.2013, 17:57	42
	Да ограничивается системой. На Windows — GetCurrentThreadStackLimits(). На Linux — getrlimit(). 1

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 18:48 [ТС]	43
	~OhMyGodSoLong~, и все таки, для архитектуры Х86 размер стека ограничивается размерами сегмента памяти? 0

@OhMyGodSoLong ~ Эврика! ~ 1256 / 1005 / 74 Регистрация: 24.07.2012 Сообщений: 2,002
	23.02.2013, 19:30	44
	Сообщение от fuelcs ~OhMyGodSoLong~, и все таки, для архитектуры Х86 Да. Ограничен сегментом в 4 гигабайта, на начало которого в виртуальном адресном пространстве указывает SS. 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 20:14 [ТС]	45
	Сообщение от ~OhMyGodSoLong~ Ограничен сегментом в 4 гигабайта Не совсем понимаю... 32 битная система может адресовать 4 гигабайта памяти, верно? 4 гигабайта "виртуально" делятся на 65536 сегментов по 65536 байт каждый? SS указывает на конкретный сегмент из 65536-ти? То есть, что бы стек занимал 4 гигабайта, нам при работе программы нужно менять содержимое регистра SS? И отсюда можно сделать вывод что стек фрагментирован? Например, если при вызове очередной функции недостаточно памяти в сегменте (65536 байт) для размещения всего блока данных функции... 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 23:05 [ТС]	47
	~OhMyGodSoLong~, спасибо) 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
		1
	Стек и куча: как все это работает? 21.02.2013, 23:13. Показов 12757. 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

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 17:50 [ТС]	41
	~OhMyGodSoLong~, то есть размер стека неограничен? лимитируется только операционной системой? Как узнать лимит? 0

@OhMyGodSoLong ~ Эврика! ~ 1256 / 1005 / 74 Регистрация: 24.07.2012 Сообщений: 2,002
	23.02.2013, 22:52	46
	Сообщение от fuelcs Не совсем понимаю... 32 битная система может адресовать 4 гигабайта памяти, верно? 4 гигабайта "виртуально" делятся на 65536 сегментов по 65536 байт каждый? SS указывает на конкретный сегмент из 65536-ти? Вот пусть у нас защищённый режим. Есть SS (16 битов), где хранится селектор сегмента. Селектор состоит из номера записи в таблице сегментов (13 битов), бита с типом таблицы (локальная/глобальная) и ещё двух битов с правами на чтение/запись. В таблице хранятся записи, каждая по 64 бита (где хранится размер сегмента [20 бит], адрес начала сегмента [32 бита], флажок с единицей измерения размера сегмента [1 байт или 2¹² байтов], и ещё пачка зарезервированных/неиспользуемых битов). И есть ESP (32 бита), который указывает на смещение верхушки стека в этом сегменте относительно его начала. Сегмент стека может быть хоть на все 4 гигабайта длиной, хоть в один байт. Харварные возможности ограничивать размеры стека есть, но на них все клали прибор, потому что есть страницы. 1

@fuelcs
	23.02.2013, 23:38 [ТС] #51
	Не по теме: Сообщение от ValeryS в 64 разрядной 40 (int 8 байта) наверное глупый вопрос, диапазон значений переменной зависит от разрядности системы? 0

ValeryS Модератор 8908 / 6677 / 918 Регистрация: 14.02.2011 Сообщений: 23,519
	23.02.2013, 23:41	52
	Сообщение от fuelcs наверное глупый вопрос, диапазон значений переменной зависит от разрядности системы? конечно в 16 разрядной под int 16 бит для беззнаковой 2 в 16 степени для знаковой -2 в 15 +2 в 15 в 32 разрядной под int 32 бит для беззнаковой 2 в 32 степени для знаковой -2 в 31 +2 в 31 в 64 разрядной под int 64 бит для беззнаковой 2 в 64 степени для знаковой -2 в 63 +2 в 63 0

@OhMyGodSoLong ~ Эврика! ~ 1256 / 1005 / 74 Регистрация: 24.07.2012 Сообщений: 2,002
	23.02.2013, 23:56	53
	Сообщение от fuelcs а почему размер сегмента 20 бит а не 32 бита? Потому что когда-то компьютеры были маленькими и память у них была маленькой, аж максимум на 1 мегабайт. И никто тогда не думал о том, как потом расширять размеры сегмента; типа, кому будет надо, тот заплатит и мы чего-нибудь придумаем. Ну вот и придумали тот самый битик, который говорит, что или меряется размер в байтах (тогда сегмент максимум на мегабайт, 2²⁰), или в кусках по 4 килобайта (тогда сегмент максимум на 2^{12 + 20}, на 4 гигабайта). Вот из таких костылей (конкретно этот — это ещё чуть ли не образец изящества) и состоит вся архитектура x86. Потому что Intel любит обратную совместимость. Кстати, лишние 4 бита там тоже костылём прикручены. Раньше он был вообще на 16 бит. 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	23.02.2013, 23:59 [ТС]	54
	размер сегмента 20 бит я правильно понимаю: 20 бит это 2^20=1 мегабайт? То есть максимальный размер сегмента 1 мегабайт? Добавлено через 2 минуты ~OhMyGodSoLong~, теперь ясно 0

@D.E.S.P.E.R.O. 9 / 9 / 1 Регистрация: 12.03.2009 Сообщений: 110
	13.06.2013, 15:49	55
	Может кто еще обьяснит в чем разница между регистром RBP и RSP? Хотя бы, что именно хранится в одном и в другом и как это все связано и взаимодействует? 0

Jupiter Каратель 6609 / 4028 / 401 Регистрация: 26.03.2010 Сообщений: 9,273 Записей в блоге: 1
	13.06.2013, 16:01	56
	rsp хранит текущую верхушку стека rbp - предыдущий стековый фрейм 1

@D.E.S.P.E.R.O. 9 / 9 / 1 Регистрация: 12.03.2009 Сообщений: 110
	13.06.2013, 16:09	57
	Просто в англоязычном источнике так скользко описано: RBP is the base pointer, which points to the base of the current stack frame. RSP is the stack pointer, which points to the top of the current stack frame. И если в случае с RSP все более-менее понятно, то интерпретировать понятие "base of the current stack frame" я так и не смог... 0

@fuelcs 12 / 12 / 2 Регистрация: 23.01.2013 Сообщений: 143
	13.06.2013, 16:46 [ТС]	58
	D.E.S.P.E.R.O., может это поможет... SP/ESP/RSP: Stack pointer for top address of the stack. BP/EBP/RBP: Stack base pointer for holding the address of the current stack frame. 1

@D.E.S.P.E.R.O. 9 / 9 / 1 Регистрация: 12.03.2009 Сообщений: 110
	13.06.2013, 17:06	59
	fuelcs, большое спасибо! Очено ценная информация! 0