本文背景：

在編程中，很多Windows或C++的內存函數不知道有什么區別，更別談有效使用；根本的原因是，沒有清楚的理解操作系統的內存管理機制，本文企圖通過簡單的總結描述，結合實例來闡明這個機制。

本文目的：

對Windows內存管理機制了解清楚，有效的利用C++內存函數管理和使用內存。

本文內容：

本文一共有六節，由于篇幅較多，故按節發表。其他章節請看本人博客的Windows內存管理及C++內存分配實例（一）（二）（三）（四）和（五）。

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6.??????內存管理機制--堆棧?(Stack)

·????????使用場合

操作系統為每個線程都建立一個默認堆棧，大小為1M。這個堆棧是供函數調用時使用，線程內函數里的各種靜態變量都是從這個默認堆棧里分配的。

·????????堆棧結構

默認1M的線程堆棧空間的結構舉例如下，其中，基地址為0x0004 0000，剛開始時，CPU的堆棧指針寄存器保存的是棧頂的第一個頁面地址0x0013 F000。第二頁面為保護頁面。這兩頁是已經分配物理存儲器的可用頁面。

隨著函數的調用，系統將需要更多的頁面，假設需要另外5頁，則給這5頁提交內存，刪除原來頁面的保護頁面屬性，最后一頁賦予保護頁面屬性。

當分配倒數第二頁0x0004 1000時，系統不再將保護屬性賦予它，相反，它會產生堆棧溢出異常STATUS_STACK_OVERFLOW，如果程序沒有處理它，則線程將退出。最后一頁始終處于保留狀態，也就是說可用堆棧數是沒有1M的，之所以不用，是防止線程破壞棧底下面的內存（通過違規訪問異常達到目的）。

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當程序的函數里分配了臨時變量時，編譯器把堆棧指針遞減相應的頁數目，堆棧指針始終都是一個頁面的整數倍。所以，當編譯器發現堆棧指針位于保護頁面之下時，會插入堆棧檢查函數，改變堆棧指針及保護頁面。這樣，當程序運行時，就會分配物理內存，而不會出現訪問違規。

·????????使用例子

改變堆棧默認大小:

有兩個方法，一是在CreateThread()時傳一個參數進去改變；

二是通過鏈接命令：

#pragma comment(linker,"/STACK:102400000,1024000")

第一個值是堆棧的保留空間，第二個值是堆棧開始時提交的物理內存大小。本文將堆棧改變為100M。

?????????堆棧溢出處理：

????????如果出現堆棧異常不處理，則導致線程終止；如果你只做了一般處理，內?存

????????結構已經處于破壞狀態，因為已經沒有保護頁面，系統沒有辦法再拋出堆棧溢

????????出異常，這樣的話，當再次出現溢出時，會出現訪問違規操作

????????STATUS_ACCESS_VIOLATION，這是線程將被系統終止。解決辦法是，恢復

???????堆棧的保護頁面。請看以下例子：

???????C++程序如下：

bool?handle=true;

????????????static?MEMORY_BASIC_INFORMATION mi;

????????????LPBYTE lpPage;

????????????//得到堆棧指針寄存器里的值

????????????_asm?mov lpPage, esp;

????????????//?得到當前堆棧的一些信息

????????????VirtualQuery(lpPage, &mi,?sizeof(mi));

????????????//輸出堆棧指針

????????????printf("堆棧指針=%x/n",lpPage);

????????????//?這里是堆棧的提交大小

????????????printf("已用堆棧大小=%d/n",mi.RegionSize);

????????????printf("堆棧基址=%x/n",mi.AllocationBase);

???????????????????????????????????

????????????for(int?i=0;i<2;i++)

????????????{

????????????????????????__try

????????????????????????{

????????????????????????????????????__try

????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????__try

????????????????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????????????????cout<<"**************************"<<endl;

????????????????????????//如果是這樣靜態分配導致的堆棧異常，系統默認不拋出異常，捕獲不到

????????????????????????????????????????????????????????????//char a[1024*1024];

????????????????????????????????????????????????//動態分配棧空間，有系統調用Alloca實現，自動釋放

????????????????????????????????????????????????????????????Add(1000);

????????????????????????????????????????????????????????????//系統可以捕獲違規訪問

????????????????????????????????????????????????????????????int?* p=(int*)0xC00000000;

????????????????????????????????????????????????????????????*p=3;

????????????????????????????????????????????????????????????cout<<"執行結束"<<endl;

????????????????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????????????????__except(GetExceptionCode()==STATUS_ACCESS_VIOLATION ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)

????????????????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????????????????cout<<"Excpetion 1"<<endl;

????????????????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????__except(GetExceptionCode()==STATUS_STACK_OVERFLOW ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)

????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????cout<<"Exception 2"<<endl;

????????????????????????????????????????????????if(handle)

????????????????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????//做堆棧破壞狀態恢復

????????????????????????????????????????????????????????????LPBYTE lpPage;

????????????????????????????????????????????????????????????static?SYSTEM_INFO si;

????????????????????????????????????????????????????????????static?MEMORY_BASIC_INFORMATION mi;

????????????????????????????????????????????????????????????static?DWORD dwOldProtect;

?

????????????????????????????????????????????????????????????//?得到內存屬性

????????????????????????????????????????????????????????????GetSystemInfo(&si);

?

????????????????????????????????????????????????????????????//?得到堆棧指針

????????????????????????????????????????????????????????????_asm?mov lpPage, esp;

????????????????????????????????????????????????????????????//?查詢堆棧信息

????????????????????????????????????????????????????????????VirtualQuery(lpPage, &mi,?sizeof(mi));

????????????????????????????????????????????????????????????printf("壞堆棧指針=%x/n",lpPage);

????????????????????????????????????????????????????????????//?得到堆棧指針對應的下一頁基址

lpPage = (LPBYTE)(mi.BaseAddress)-si.dwPageSize;

????????????????????????????????????????????????????????????printf("已用堆棧大小=%d/n",mi.RegionSize);

????????????????????????????????????????????????????????????printf("壞堆棧基址=%x/n",mi.AllocationBase);

????????????????????????????????????????????????????????????//釋放準保護頁面的下面所有內存

????????????????????????????????????????????????????????????if?(!VirtualFree(mi.AllocationBase,

(LPBYTE)lpPage - (LPBYTE)mi.AllocationBase,

????????????????????????????????????????????????????????????????????????MEM_DECOMMIT))

????????????????????????????????????????????????????????????{?????????

????????????????????????????????????????????????????????????????????????exit(1);

????????????????????????????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????????????????????????????//?改頁面為保護頁面

????????????????????????????????????????????????????????????if?(!VirtualProtect(lpPage, si.dwPageSize,

????????????????????????????????????????????????????????????????????????PAGE_GUARD | PAGE_READWRITE,

????????????????????????????????????????????????????????????????????????&dwOldProtect))

????????????????????????????????????????????????????????????{

????????????????????????????????????????????????????????????????????????exit(1);

????????????????????????????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????????????????}

????????????????????????????????????????????????printf("Exception handler %lX/n", _exception_code());

????????????????????????????????????}

????????????????????????}

????????????????????????__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)

????????????????????????{

????????????????????????????????????cout<<"Default handler"<<endl;

????????????????????????}

????????????}

???????????

????????????cout<<"正常執行"<<endl;

????????????//分配空間，耗用堆棧

????????????char?c[1024*800];

????????????printf("c[0]=%x/n",c);

????????????printf("c[1024*800]=%x/n",&c[1024*800-1]);

}

?

void?ThreadStack::Add(unsigned?long?a)

{

????????????//深遞歸，耗堆棧

????????????char?b[1000];

????????????if(a==0)

????????????return;

????????????Add(a-1);

?

}

?

程序運行結果如下：

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可以看見，在執行遞歸前，堆棧已被用了800多K，這些是在編譯時就靜態決定了。它們不再占用進程空間，因為堆棧占用了默認的1M進程空間。分配是從棧頂到棧底的順序。

當第一次遞歸調用后，系統捕獲到了它的溢出異常，然后堆棧指針自動恢復到原來的指針值，并且在異常處理里，更改了保護頁面，確保第二次遞歸調用時不會出現訪問違規而退出線程，但是，它仍然會導致堆棧溢出，需要動態的增加堆棧大小，本文沒有對這個進行研究，但是試圖通過分配另外內存區，改變堆棧指針，但是沒有奏效。

注意：在一個線程里，全局變量加上任何一個函數里的臨時變量，如果超過堆棧大小，當調用這個函數時，都會出現堆棧溢出，這種溢出系統不會拋出堆棧溢出異常，而直接導致線程退出。

對于函數1調用函數2，而函數n-1又調用函數n的嵌套調用，每層調用不算臨時變量將損失240字節，所以默認線程最多有1024*(1024-2)/240=4360次調用。加上函數本身有變量，這個數目會大大減少。

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至此，內存管理機制完全介紹完畢! 謝謝光顧!

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的全面介绍Windows内存管理机制及C++内存分配实例（六）：堆栈的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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