C++ Programmer's Cookbook

對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作的第三個(gè)機(jī)制是使用堆棧。堆?？梢杂脕?lái)分配許多較小的數(shù)據(jù)塊。例如，若要對(duì)鏈接表和鏈接樹(shù)進(jìn)行管理，最好的方法是使用堆棧，堆棧的優(yōu)點(diǎn)是，可以不考慮分配粒度和頁(yè)面邊界之類的問(wèn)題，集中精力處理手頭的任務(wù)。堆棧的缺點(diǎn)是，分配和釋放內(nèi)存塊的速度比其他機(jī)制要慢，并且無(wú)法直接控制物理存儲(chǔ)器的提交和回收。
從內(nèi)部來(lái)講，堆棧是保留的地址空間的一個(gè)區(qū)域。開(kāi)始時(shí)，保留區(qū)域中的大多數(shù)頁(yè)面沒(méi)有被提交物理存儲(chǔ)器。當(dāng)從堆棧中進(jìn)行越來(lái)越多的內(nèi)存分配時(shí)，堆棧管理器將把更多的物理存儲(chǔ)器提交給堆棧。物理存儲(chǔ)器總是從系統(tǒng)的頁(yè)文件中分配的，當(dāng)釋放堆棧中的內(nèi)存塊時(shí)，堆棧管理器將收回這些物理存儲(chǔ)器。

線程的堆棧：

每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)為線程的堆棧（每個(gè)線程有它自己的堆棧）保留一個(gè)堆棧空間區(qū)域，并將一些物理存儲(chǔ)器提交給這個(gè)已保留的區(qū)域。按照默認(rèn)設(shè)置，系統(tǒng)保留1 MB的地址空間并提交兩個(gè)頁(yè)面的內(nèi)存。但是，這些默認(rèn)值是可以修改的，方法是在你鏈接應(yīng)用程序時(shí)設(shè)定M i c r o s o f t的鏈接程序的/ S TA C K選項(xiàng)：

/STACK:reserve[,commit]

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)線程的堆棧時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)保留一個(gè)鏈接程序的/ S TA C K開(kāi)關(guān)指明的地址空間區(qū)域。
進(jìn)程的默認(rèn)堆棧

當(dāng)進(jìn)程初始化時(shí)，系統(tǒng)在進(jìn)程的地址空間中創(chuàng)建一個(gè)堆棧。該堆棧稱為進(jìn)程的默認(rèn)堆棧。按照默認(rèn)設(shè)置，該堆棧的地址空間區(qū)域的大小是1 MB。但是，系統(tǒng)可以擴(kuò)大進(jìn)程的默認(rèn)堆棧，使它大于其默認(rèn)值。當(dāng)創(chuàng)建應(yīng)用程序時(shí)，可以使用/ H E A P鏈接開(kāi)關(guān)，改變堆棧的1 M B默認(rèn)區(qū)域大小。由于D L L沒(méi)有與其相關(guān)的堆棧，所以當(dāng)鏈接D L L時(shí)，不應(yīng)該使用/ H E A P鏈接開(kāi)關(guān)。/ H E A P鏈接開(kāi)關(guān)的句法如下：

/HEAP:reserve[,commit]

許多Wi n d o w s函數(shù)要求進(jìn)程使用其默認(rèn)堆棧。特別是widows提供的API。對(duì)默認(rèn)堆棧的訪問(wèn)是順序進(jìn)行的。換句話說(shuō)，系統(tǒng)必須保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，每次只有一個(gè)線程能夠分配和釋放默認(rèn)堆棧中的內(nèi)存塊。如果兩個(gè)線程試圖同時(shí)分配默認(rèn)堆棧中的內(nèi)存塊，那么只有一個(gè)線程能夠分配內(nèi)存塊，另一個(gè)線程必須等待第一個(gè)線程的內(nèi)存塊分配之后，才能分配它的內(nèi)存塊。一旦第一個(gè)線程的內(nèi)存塊分配完，堆棧函數(shù)將允許第二個(gè)線程分配內(nèi)存塊。這種順序訪問(wèn)方法對(duì)速度有一定的影響。如果你的應(yīng)用程序只有一個(gè)線程，并且你想要以最快的速度訪問(wèn)堆棧，那么應(yīng)該創(chuàng)建你自己的獨(dú)立的堆棧，不要使用進(jìn)程的默認(rèn)堆棧。

單個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)擁有若干個(gè)堆棧。這些堆?？梢栽谶M(jìn)程的壽命期中創(chuàng)建和撤消。但是，默認(rèn)堆棧是在進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行之前創(chuàng)建的，并且在進(jìn)程終止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)被撤消。不能撤消進(jìn)程的默認(rèn)堆棧。每個(gè)堆棧均用它自己的堆棧句柄來(lái)標(biāo)識(shí)，用于分配和釋放堆棧中的內(nèi)存塊的所有堆棧函數(shù)都需要這個(gè)堆棧句柄作為其參數(shù)。

可以通過(guò)調(diào)用G e t P r o c e s s H e a p函數(shù)獲取你的進(jìn)程默認(rèn)堆棧的句柄：

HANDLE GetProcessHeap();

為什么要?jiǎng)?chuàng)建輔助堆棧

除了進(jìn)程的默認(rèn)堆棧外，可以在進(jìn)程的地址空間中創(chuàng)建一些輔助堆棧。由于下列原因，你可能想要在自己的應(yīng)用程序中創(chuàng)建一些輔助堆棧：

? 保護(hù)組件。

? 更加有效地進(jìn)行內(nèi)存管理。

? 進(jìn)行本地訪問(wèn)。

? 減少線程同步的開(kāi)銷。

? 迅速釋放。

保護(hù)組件
通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)獨(dú)立的堆棧，是數(shù)據(jù)隔離，且相互獨(dú)立的操作。
更有效的內(nèi)存管理

通過(guò)在堆棧中分配同樣大小的對(duì)象，就可以更加有效地管理堆棧。就是把大小相同的對(duì)象放在一個(gè)堆棧中進(jìn)行分配。
進(jìn)行本地訪問(wèn)

每當(dāng)系統(tǒng)必須在R A M與系統(tǒng)的頁(yè)文件之間進(jìn)行R A M頁(yè)面的交換時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行性能就會(huì)受到很大的影響。如果經(jīng)常訪問(wèn)局限于一個(gè)小范圍地址的內(nèi)存，那么系統(tǒng)就不太可能需要在R A M與磁盤之間進(jìn)行頁(yè)面的交換。

所以，在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的時(shí)候，如果有些數(shù)據(jù)將被同時(shí)訪問(wèn)，那么最好把它們分配在互相靠近的位置上。
減少線程同步的開(kāi)銷

正如下面就要介紹的那樣，按照默認(rèn)設(shè)置，堆棧是順序運(yùn)行的，這樣，如果多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問(wèn)堆棧，就不會(huì)使數(shù)據(jù)受到破壞。但是，堆棧函數(shù)必須執(zhí)行額外的代碼，以保證堆棧對(duì)線程的安全性。如果要進(jìn)行大量的堆棧分配操作，那么執(zhí)行這些額外的代碼會(huì)增加很大的負(fù)擔(dān)，從而降低你的應(yīng)用程序的運(yùn)行性能。當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)新堆棧時(shí)，可以告訴系統(tǒng)，只有一個(gè)線程將訪問(wèn)該堆棧，因此額外的代碼將不執(zhí)行。（就是用多個(gè)堆棧來(lái)減少同步的性能消耗）
迅速釋放堆棧

最后要說(shuō)明的是，將專用堆棧用于某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，就可以釋放整個(gè)堆棧，而不必顯式釋放堆棧中的每個(gè)內(nèi)存塊。例如，當(dāng)Windows Explorer遍歷硬盤驅(qū)動(dòng)器的目錄層次結(jié)構(gòu)時(shí)，它必須在內(nèi)存中建立一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。如果你告訴Windows Explorer刷新它的顯示器，它只需要撤消包含這個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的堆棧并且重新運(yùn)行即可（當(dāng)然，假定它將專用堆棧用于存放目錄樹(shù)信息）。對(duì)于許多應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，這是非常方便的，并且它們也能更快地運(yùn)行。

如何創(chuàng)建輔助堆棧

你可以在進(jìn)程中創(chuàng)建輔助堆棧，方法是讓線程調(diào)用H e a p C r e a t e函數(shù)：

HANDLE HeapCreate(
   DWORD fdwOptions,
   SIZE_T dwInitialSize,
   SIZE_T dwMaximumSize);

當(dāng)試圖從堆棧分配一個(gè)內(nèi)存塊時(shí)， H e a p A l l o c函數(shù)（下面將要介紹）必須執(zhí)行下列操作：

1) 遍歷分配的和釋放的內(nèi)存塊的鏈接表。

2) 尋找一個(gè)空閑內(nèi)存塊的地址。

3) 通過(guò)將空閑內(nèi)存塊標(biāo)記為“已分配”分配新內(nèi)存塊。

4) 將新內(nèi)存塊添加給內(nèi)存塊鏈接表。

從堆棧中分配內(nèi)存塊

若要從堆棧中分配內(nèi)存塊，只需要調(diào)用H e a p A l l o c函數(shù)：

PVOID HeapAlloc(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags,
   SIZE_T dwBytes);

改變內(nèi)存塊的大小

常常需要改變內(nèi)存塊的大小。有些應(yīng)用程序開(kāi)始時(shí)分配的內(nèi)存塊比較大，然后，當(dāng)所有數(shù)據(jù)放入內(nèi)存塊后，再縮小內(nèi)存塊的大小。有些應(yīng)用程序開(kāi)始時(shí)分配的內(nèi)存塊比較小，后來(lái)需要將更多的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存塊中去時(shí)，再設(shè)法擴(kuò)大它的大小。如果要改變內(nèi)存塊的大小，可以調(diào)用H e a p R e A l l o c函數(shù)：

PVOID HeapReAlloc(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags,
   PVOID pvMem,
   SIZE_T dwBytes);

了解內(nèi)存塊的大小

當(dāng)內(nèi)存塊分配后，可以調(diào)用H e a p S i z e函數(shù)來(lái)檢索內(nèi)存塊的實(shí)際大?。?/font>

SIZE_T HeapSize(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags,
   LPCVOID pvMem);

BOOL HeapFree(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags,
   PVOID pvMem);

BOOL HeapDestroy(HANDLE hHeap);

DWORD GetProcessHeaps(
   DWORD dwNumHeaps,
   PHANDLE pHeaps);

HANDLE hHeaps[25];
DWORD dwHeaps = GetProcessHeaps(25, hHeaps);
if(dwHeaps > 5) 
{
   //More heaps are in this process than we expected.
} 
else
{
   //hHeaps[0] through hHeap[dwHeaps - 1]
   //identify the existing heaps.
}

BOOL HeapValidate(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags,
   LPCVOID pvMem);

UINT HeapCompact(
   HANDLE hHeap,
   DWORD fdwFlags);

BOOL HeapLock(HANDLE hHeap);
BOOL HeapUnlock(HANDLE hHeap);

BOOL HeapWalk(
   HANDLE hHeap,
   PPROCESS_HEAP_ENTRY pHeapEntry);