Question

这不是任何一个目的是什么的问题。相反，这是一个问题，谁或什么负责堆栈和堆的发明？

这些C ++编译器的发明是什么？

操作系统是否指定RAM中指定为“堆栈”和“堆”的内存部分？

我很确定它们没有内置于硬件中，但我可能错了。

此外，编译器是否负责生成汇编代码，指定哪些本地或函数数据将存储在堆栈与CPU寄存器中？

Answer 1

这篇文章是关于x86的32位Linux。我不了解其他架构/操作系统。

这些C ++编译器的发明是什么？ [OS]是否指定了内存 RAM中指定为“堆栈”和“堆”的部分？

堆或免费商店

一个程序有different sections，其中一个是.data部分。动态内存分配通常使用brk系统调用（sbrk构建在其上）来实现。 man brk说以下内容：

brk()和sbrk()更改了程序中断的位置，它定义了进程数据段的结束（即，程序中断是结束后的第一个位置未初始化的数据段）。增加程序休息时间为进程分配内存的效果;减少打破释放内存。

这意味着“堆”或“免费商店”实际上是.data部分。

正如@kfx在对此答案的评论中所说，没有标准规定必须使用malloc来实现brk。使用mmap的实现也是可能的。来自man mmap：

mmap()函数应在地址空间之间建立映射进程和内存对象。

这基本上意味着文件（Unix意识形态：“一切都是文件”）被映射到内存中。

堆栈

堆栈也位于.data部分并向下增长。从技术上讲，x86使您能够定义向下增长的堆栈段，但Linux不使用此功能。不知道为什么。

我很确定它们不是内置于硬件中但我可以错。

不，他们不是。段在OS的运行时设置，而不是存储在硬件中。

以下内容来自Linux 4.2。

当MBR跳转到引导加载程序并且引导程序已执行时，执行此操作（路径为/arch/x86/boot/header.S）：

# Normalize the start address
    ljmp    $BOOTSEG, $start2

start2:
    movw    %cs, %ax
    movw    %ax, %ds
    movw    %ax, %es
    movw    %ax, %ss
    xorw    %sp, %sp

这里所有段寄存器都初始化为$BOOTSEG，即0x7c0。 sp设置为0x00。没有esp，因为我们仍处于实模式！

在完成初始化之后，执行跳转到真实内核。段寄存器的设置如下：

movw    $__BOOT_DS, %cx
movw    $__BOOT_TSS, %di

movl    %cr0, %edx
orb $X86_CR0_PE, %dl    # Protected mode
movl    %edx, %cr0

# Transition to 32-bit mode
.byte   0x66, 0xea      # ljmpl opcode
2:  .long   in_pm32         # offset
.word   __BOOT_CS       # segment
ENDPROC(protected_mode_jump)

.code32
.section ".text32","ax"
GLOBAL(in_pm32)
# Set up data segments for flat 32-bit mode
movl    %ecx, %ds
movl    %ecx, %es
movl    %ecx, %fs
movl    %ecx, %gs
movl    %ecx, %ss

段寄存器再次设置为cs的内容。

此外，编译器负责生成汇编代码指定哪些本地或函数数据将存储在堆栈中 CPU寄存器？

是。对于函数调用，有不同的calling conventions：有些将它们的参数推送到堆栈，有些将它们移动到寄存器中。
局部变量也可以用寄存器或堆栈实现未经优化的C编译器将参数压入堆栈，调用函数，然后将其弹出（“stdcall”调用约定）。它们将堆栈用于局部变量，并与ebp寄存器结合使用。

Answer 2

谁或什么负责发明堆栈和堆？

就发明堆栈和堆而言，您可以更好地搜索网页。这些概念已存在数十年。

这些C ++编译器的发明是什么？

也许发明在这里是错误的术语。它们是数据结构。编译器和OS（如果存在）负责组织和利用存储器。

操作系统是否指定RAM中指定为“堆栈”和“堆”的内存部分？

这是特定于操作系统的，可能因操作系统而异。有些操作系统会保留堆栈和堆区域，有些则不会。

在我正在进行的嵌入式系统中，有两个堆区：1）链接器中指定的区域，2）分配给OS的一部分内存。这两个区域都设置为零，所以我们没有任何堆。

堆栈区域由在初始化C语言运行时库之前运行的初始化代码设置。 RTL代码也可以创建一些堆栈区域。我们的RTOS还创建堆栈区域（每个任务一个）。

因此，没有一个名为堆栈的区域。某些平台根本不使用堆栈概念（特别是那些内存容量受到严格限制的概念）。

我很确定它们没有内置于硬件中，但我可能错了。

取决于硬件。简单且廉价的硬件仅分配RAM区域（读/写存储器）。更复杂和昂贵的硬件可以为堆栈，堆，可执行文件和数据分配单独的区域。常量可以放入ROM（只读存储器，如Flash）中。没有支持所有内容的单一配置或单配置。台式计算机与较小的嵌入式系统不同，是 animals 。

此外，编译器是否负责生成汇编代码，指定哪些本地或函数数据将存储在堆栈与CPU寄存器中？

任务可以在链接器或编译器中，也可以在两者中许多编译器工具链都使用堆栈和CPU寄存器。许多变量和数据可以在堆栈，寄存器，RAM或ROM中。编译器旨在充分利用平台的资源，包括内存和寄存器。

研究的一个好例子是编译器生成的汇编语言。另请查看链接器指令文件。寄存器或堆栈存储器的使用如此依赖于数据结构（和类型），它们对于不同的功能可能是不同的。另一个因素是可用的内存量和种类。如果处理器可用的寄存器很少，则编译器可以使用堆栈传递变量。较大的数据（不适合寄存器）可以在堆栈上传递或传递给数据的指针。这里列举的选项和组合太多了。

摘要

为了使C和C ++语言非常可移植，许多概念被委托给实现（编译器/工具链）。其中两个概念通常称为堆栈和堆。 C和C ++语言标准使用简单模型作为语言环境。此外，还有诸如“托管”和“半托管”之类的术语，表示平台支持语言要求的程度。堆栈和堆是平台不是必需的数据结构，以支持这些语言。它们确实有助于提高执行效率。

如果支持堆栈和堆，则它们的位置和管理是实现的责任（工具链）。编译器可以自由使用它自己的内存管理功能或OS（如果存在）。堆栈和堆的管理可能需要硬件支持（例如虚拟内存管理或分页;以及防护）。堆栈不需要向堆增长。不需要堆栈以正方向增长。这些都取决于实现（工具链），他们可以实现和定位堆栈，无论他们喜欢什么。 注意：很可能，它们不会将变量放在只读内存中，也不会将堆栈放在内存容量之外。

Answer 3

这是实现定义的（C / C ++不知道任何硬件）

Answer 4

操作系统是否指定RAM中指定的内存部分＆＃34; stack＆＃34;和＆＃34;堆＆＃34;？

是的，对于每个程序，操作系统都会为数据分配：

局部变量的堆栈
静态数据的静态内存（全局变量或变量明确声明为静态）
和用于动态内存管理的堆

我很确定它们没有内置于硬件中

硬件与内存布局无关。它提供内存，操作系统完成其余的工作。但是，在x86 / x64和许多其他CPU架构上，虽然CPU仍然没有强加堆栈，但它提供了专用的注册表和指令来管理堆栈，只有堆栈，因为它是一个非常重要的功能。

此外，编译器是否生成汇编代码，指定将在堆栈中存储哪些信息与存储在CPU寄存器中的信息？

~~这些信息由链接器而不是编译器生成，它们存储在可执行文件头中，而不是存储在汇编代码中。~~

编辑：事实上我已经回答了这个问题＆＃39;操作系统是否指定了RAM中指定的内存部分＆＃34; stack＆＃34;和＆＃34;堆＆＃34;？＆＃39;。但是我已经读过＆＃34;其中＆＃34;而不是＆＃34;什么＆＃34;。对不起。

Answer 5

正如@chux所提到的，你可以编写在＆＃39;裸机上运行的C或C ++代码。没有任何操作系统。看看它是如何工作的，可能有助于理解堆栈和堆的责任在哪里。

堆最容易解释。每次new或delete一个对象（或调用malloc/free）时，编译器都会生成调用分配/释放函数的代码。（通常，new通常最终会调用malloc）。因此，编译器的可解析性只是为了生成对这两个函数的调用。

为堆分配的初始空间由程序运行时由OS确定，或者由程序员指定（作为裸机代码），作为链接器设置的一部分。

那些功能在哪里，他们做了什么？通常，它们是运行时库的一部分，它们与已编译的代码相关联（并且它们通常用C或C ++编写）。关于裸机＆＃39;他们直接管理堆的系统 - 就CPU而言，这只是一个内存区域。 CPU没有任何堆的概念。如果涉及操作系统，这些功能通常只调用操作系统提供的堆管理功能。有时，它是一个混合体，因为库可能会管理它自己的堆，但是如果它耗尽，可能会调用操作系统来获取更多的内存块。

堆栈不同。几乎每个CPU都有硬件堆栈的概念（尽管堆栈只存在于普通内存中）。当您调用函数并分配基于堆栈的变量时，编译器会生成用于操作“堆栈指针”的代码。（相应的特殊CPU寄存器）。使用多线程代码，每个线程都有自己的堆栈，操作系统的多任务内核负责为每个任务切换到适当的堆栈。

为了进一步混淆你，在多线程系统中，每个线程的堆栈空间通常是从堆中分配的。

Answer 6

你错了。堆栈和堆不是源自C或C ++。它们起源于早期机器中的物理内存架构。

我将为x86硬件提供粗略的故事（我确定有很多具体内容，我缺少，掩盖等等）。我认为与其他硬件系列有类似的发展，但我不熟悉那些。

早期的PC总内存为640K或更少，其中可以加载程序（来自容量为几百K的软盘驱动器）并执行。这个记忆区域后来被称为＆＃34;常规记忆＆＃34;。当早期的PC开发出来时，人们相信这种内存量可能比以往任何时候都要多。

当时，向前迈出了一大步，使用扩展卡将物理内存从640K增加到1MB。有许多不兼容的变种。最广泛使用的是基于由微软，英特尔和其他几家公司联合开发的扩展内存规范。这被命名为扩展内存。

然后是286 CPU，支持保护模式，能够处理超过1MB的内存 - 高达64MB。其他物理内存库（物理上独立的芯片组）用于安装额外的内存。在最初的实现中，这个内存比传统内存慢，但是更大的数量更便宜。它被各种名称引用，例如扩展内存（XMS规范）或高内存（以访问它的其中一个设备驱动程序的名称命名）。更高版本的XMS规范允许寻址高达4GB的内存（即32位内存）。

常规和扩展内存对于程序运行是必要的 - 如果没有足够的可用于加载可执行代码，程序就无法执行。这被称为堆栈 - 只是传统内存，扩展内存和由其他（非英特尔，非微软）供应商的驱动程序管理的类似内存的统称。它也由使用LIFO堆栈方法的程序管理（例如，当一个函数调用时，上下文放在堆栈数据结构上，并在函数返回时弹出）。在像C这样的语言中，局部和全局变量被分配在＆＃34;堆栈＆＃34;上。由于可用的数量很少（任何系统都不超过1MB），因此这个内存总是非常宝贵。

扩展内存最初用于程序存储数据的额外内存需求。正如我上面所说的那样，这个内存最初速度较慢，但数量较多则更便宜。它是在各种设备驱动程序（himem.sys等）的帮助下管理的，其中每个设备驱动程序都提供了一个独特且不兼容的API。无论用什么设备驱动程序管理它，堆最初都是所有这些额外内存的统称。当时支持动态内存分配（使用C，malloc()，free()等）的语言/库通常使用扩展内存（如果内存不是物理上可用的话有一些后备）并处理与各种可能的设备驱动程序通信的详细信息。一些支持带有指针（或类似结构）的语言的编译器使用不同的指针类型来分别在早期版本的XMS和更高版本的XMS中引用堆栈或堆（near和far指针[最高可达4GB] huge指针）。

随着时间的推移，随着硬件技术的发展，物理内存类型之间的区别消失了 - 所有内存（除了CPU缓存等）在物理上都是同一类型的内存，在给定的机器上（或芯片组介导和提供）统一的内存接口，即使存在不同内存的物理库）。为了管理进程，操作系统（unix，32位窗口等）倾向于保留类似于堆栈的内存部分（执行程序所需的基本内存）并使用配额强制限制。对于现代操作系统，这通常被称为堆栈，但（由于虚拟内存管理等技术的奇迹）被分配给进程而不是系统范围，而堆指的是其他可用的内存。程序可以动态分配的过程。

谁负责C ++中的堆栈和堆？

6 个答案:

堆或免费商店

堆栈

摘要