棧地址

棧（stack）又名堆疊，它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。這一端被稱為棧頂，相對地，把另一端稱為棧底。棧地址是指棧頂的地址。當為局部變數分配棧記憶體時，系統就將局部變數存入到棧的某個記憶體塊中；當子函式運行結束局部變數應當被釋放時，系統再將這些存入局部變數的棧記憶體中的數據清除掉，恢復原來沒有被初始化的狀態。

基本介紹

• 中文名：棧地址
• 外文名：stack address
• 學科：計算機科學與技術
• 基本釋義：棧頂地址
• 功能：對數據項進行插入和刪除
• 基本操作：入棧出棧

基本概念

棧（stack）又名堆疊，它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。這一端被稱為棧頂，相對地，把另一端稱為棧底。不含任何元素的棧稱為空棧。向一個棧插入新元素又稱作進棧、入棧或壓棧，它是把新元素放到棧頂元素的上面，使之成為新的棧頂元素；從一個棧刪除元素又稱作出棧或退棧，它是把棧頂元素刪除掉，使其相鄰的元素成為新的棧頂元素。

如圖1所示：假設一個棧S中的元素為，則稱a1為棧底元素，an為棧頂元素。

圖1

棧地址是指棧頂的地址。在Windows下，棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

棧與棧地址的操作

棧是由系統自動分配和回收的記憶體。如一個子函式被調用時，系統會將函式內的局部變數的記憶體單元分配到棧上，當函式執行完畢時系統自動釋放所分配的棧地址單元。棧的修改是按後進先出的原則進行的。棧又稱為後進先出(Last In First Out)表，簡稱為LIFO表。

在計算機系統中，棧則是一個具有以上屬性的動態記憶體區域。程式可以將數據壓入棧中，也可以將數據從棧頂彈出。在i386機器中，棧頂由稱為esp的暫存器進行定位。壓棧的操作使得棧頂的地址增大，彈出的操作使得棧頂的地址減小。

棧和棧地址的特點

以下是棧和棧地址在程式運行中的特點：

（1）棧經常與 sp 暫存器一起工作，最初 sp 指向棧頂（棧的高地址），即棧地址。

（2）CPU 用 push 指令來將數據壓棧，用 pop 指令來彈棧。當用 push 壓棧時，sp 值減少（向低地址擴展）。當用 pop 彈棧時，sp 值增大。存儲和獲取數據都是 CPU 暫存器的值。

（3）當函式被調用時，CPU使用特定的指令把當前的 IP 壓棧。即執行代碼的地址。CPU 接下來將調用函式地址賦給 IP ，進行調用。當函式返回時，舊的 IP 被彈棧，CPU 繼續去函式調用之前的代碼。

（4）當進入函式時，sp 向下擴展，擴展到確保為函式的局部變數留足夠大小的空間。如果函式中有一個 32-bit 的局部變數會在棧中留夠四位元組的空間。當函式返回時，sp 通過返回原來的位置來釋放空間。

（5）如果函式有參數的話，在函式調用之前，會將參數壓棧。函式中的代碼通過 sp 的當前位置來定位參數並訪問它們。

（6）函式嵌套調用和使用魔法一樣，每一次新調用的函式都會分配函式參數，返回值地址、局部變數空間、嵌套調用的活動記錄都要被壓入棧中。函式返回時，按照正確方式的撤銷。

（7）棧要受到記憶體塊的限制，不斷的函式嵌套/為局部變數分配太多的空間，可能會導致棧溢出。當棧中的記憶體區域都已經被使用完之後繼續向下寫（低地址），會觸發一個 CPU 異常。這個異常接下會通過語言的運行時轉成各種類型的棧溢出異常。

棧地址的分配

棧的分配和釋放可以這樣子理解：棧記憶體塊在計算機中不可能會移動，它的地址已經被固定。系統分不分配它，它就在那裡。當為局部變數分配棧記憶體時，系統就將局部變數存入到棧的某個記憶體塊中；當子函式運行結束局部變數應當被釋放時，系統再將這些存入局部變數的棧記憶體中的數據清除掉，恢復原來沒有被初始化的狀態。

在函式調用時，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函式中的局部變數。注意靜態變數是不入棧的。當本次函式調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向函式的返回地址，也就是主函式中的下一條指令的地址，程式由該點繼續運行。

棧、堆、靜態存儲區和常量存儲區

在C++中，記憶體分成4個區，他們分別是堆、棧、靜態存儲區和常量存儲區。下面是四個區的特點與區別：
（1）棧：就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清除的變數的存儲區。裡面的變數通常是局部變數、函式參數等。
（2）堆：又叫自由存儲區，它是在程式執行的過程中動態分配的，它最大的特性就是動態性。堆就是那些由new分配的記憶體塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應用程式去控制，一般一個new就要對應一個delete。如果程式設計師沒有釋放掉，那么在程式結束後，作業系統會自動回收。

（3）靜態存儲區：所有的靜態對象，全局對象都於靜態存儲區分配。
（4）常量存儲區：這是一塊比較特殊的存儲區，他們裡面存放的是常量，不允許修改。常量字元串都存放在靜態存儲區，返回的是常量字元串的首地址。

棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的暫存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。