Re: [問題] 為何還有結構存在?

看板C_Sharp (C#)作者Aurim (Who cares?)時間20年前 (2005/07/13 13:12)推噓2(2推 0噓 1→)

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同討論串前一篇的講法很一知半解（或者說，其實連正解的五分之一都不到），且聽我道來。作業系統配置記憶體給應用程式後，應用程式要怎麼使用這些記憶體，基本上都是應用程式自己的事務，作業系統不會去干涉的。就一般應用程式架構設計來說，會把作業系統下來的記憶體分為幾類：程式碼空間，堆疊，靜態資料，堆積；在台灣一般學校裡傳授使用MASM的 16-bit X86組合語言裡，宣告段落時，對應的只有前三樣，.code，.stack， .data，嚴格說來，.data就同時包含了靜態資料與堆積。去問只會組語而不明白高階程式語言程式中記憶體配置機制的人，得到不知道堆積heap是什麼的答案也不奇怪。先講原生機械碼平台上的情形：一般高階語言寫出來的程式，編譯好後，程式中編譯前定義的靜態資料佔用的記憶體空間都是固定的，但是程式中動態配置的記憶體仍然要佔用空間。這些不見得會被持續佔用著，也不見得是固定大小的，通通由保留給heap的記憶體空間來支應。在高階語言程式中會有編譯器廠商提供包含heap manager的執行期程式庫，由裡頭的heap manager來應付程式語言中對動態記憶體配置與釋放的要求。配置給程式作為動態記憶體塊使用的記憶體空間，會從heap中的可用空間被劃分出來，標示為已使用，不可以被重複配置給其他動態記憶體配置要求，直到這個動態記憶體塊被釋放，heap manager才會再把它列入可用空間中。如Visual C++、Borland C++、Delphi，雖然各個編譯器的heap manager設計各有出入，大體上都是用linked list在管理這些大大小小的可用空間跟已配置記憶體塊。以C++為例，物件的記憶體配置，auto的都是來自stack，static的來自靜態資料空間，dynamic的就都是執行期從heap動態配置出來的，所有new 出來的物件都是動態物件，都從heap配置記憶體。 Stack中是不會放任何程式編譯好時就預先定義好的資料的，學過組語的人會講「早期的C，程式一開始即宣告好的字串就是 Stack了」，實在是有嚴重誤解啊。也許你可以設計一個編譯器，刻意把宣告好的字串放在stack裡頭，但是後果會如何，只要遞迴次數夠多次、stack的區域變數佔用的空間夠大，就很清楚了。細節不深入太多。但是這樣子的設計衍生出來的一個程式維護性問題是，凡是被配置出來的動態記憶體塊，最後都要被釋放，才能夠再給其他的動態記憶體配置要求所使用。如果這些動態配置出來的記憶體都沒釋放，即使程式中已經不再參考使用這些記憶體塊，它們也不能被回收使用。相對的，如果一個記憶體塊還被參考使用著，卻因為程式設計者的疏忽而被釋放，然後被其他動態記憶體配置要求所使用，就會發生存取錯誤資料的情形。所以才衍生出GC來。在原生機械碼平台上有GC的程式開發環境沒有成為顯學，但是Java/.NET在設計時把GC當成了預設行為。有GC後，寫程式還是要跟heap manager打交道，但是釋放動態配置記憶體的問題由GC去默默收拾了。寫程式的人也許會忘記釋放一塊記憶體，但是大部分情形下，對一塊記憶體的參考指標在離開一定的scope 後就會無效，這種事情可以由編譯器負責收拾，不需要寫程式的人刻意為之。以前沒有GC時，一塊記憶體從heap被配置出來，heap manager多半會在它旁邊保留幾個byte來記憶下一塊被配置記憶體或可用記憶體的位置，作為heap內部管理用的linked list pointer，也多半會再多保留幾個byte來記錄別的內部資訊。GC繼續延用這樣的機制，但是會要求更多空間來記錄GC機制內部使用的資訊，所以動態配置記憶體的代價比起沒GC時要更大。比較起來，直接使用stack的auto變數/物件，包括C#設計上刻意為之的16 bytes 大小以下的struct，都不用經過heap manager配置記憶體空間，也不必經由GC回收記憶體，而是由編譯器在編譯時就算好該用多大的堆疊空間，直接在function/ method code被呼叫時就從堆疊中保留那樣大的空間出來用。不用花時間讓heap manager去找適當大小的可用記憶體塊來配置，也不用花時間等GC收完垃圾，所以效能好。 ※ 引述《virdust2003 (替機殼洗個熱水澡)》之銘言： : 就我所知， heap 可以看成一塊亂糟糟的記憶體 : 物件的東東都是存在這裡，也就是隨便挖一塊記憶體去放，所以會有很多空格 : 但是我們以前學的不都是需要一個 SP or BX (忘了是什麼了) 來取得參數 : 但是物件需要一個指標，也就是那塊長長的記憶體位置存的都是物件的位址 : ^^^^^^^^^^^^附註 : 所以要存取物件的值的話，總共需要存取兩次記憶體。但Stack 裡面只需要32Bit就好 : 但若宣告的是 Struct 的話，例如 Point ，那麼 x,y 就是直接放在 Stack 裡面 : 存取的話，直接用暫存器加減X就可以取得了，也就是一次KO～ : 不知道這樣說的明白嗎？ : PS：曾問過我的組語老師，Heap相關問題，他回說：「Heap是什麼？」 : 所以也有可能 Heap 是GC出來之後的產物 : 至於 16byte以下用 Struct效率比較好，是在TechEd 2004 聽到蔡學鏞講的～ : 物件導向的語言其字串也是放在 Heap 中，所以每次指派才都會多出一塊垃圾記憶體～ : 但若早期的C，程式一開始即宣告好的字串就是 Stack了～ : 動態的話，我想應該也叫做Stack ，因為那時候沒有gc可以幫你回收，都要自己free 掉 : 附註： : 長長的記憶體指的是 Code從上面開始，Data從下面開始，以前學組語的那種模型 : 所以Data太多還會蓋到 Code ，我覺得還滿好笑的～ -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 61.222.17.194 ※ 編輯: Aurim 來自: 61.222.17.194 (07/13 14:16)