堆、栈和bss区的比较

Question

在存储运行时数据（如缓冲区）时，哪种方式更好：堆（malloc）、栈（例如函数内的char buf[BUFSIZE]）还是bss段（全局区域中的char buf[BUFSIZE]）？

- anon

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你是在写编译器吗？还是只是在查询与你正在编写的软件相关的问题？ - Dipan Mehta

如果您正在编写自己的C/C++或JAVA程序，您并不完全可以自行做出这样的选择。（除非您正在编写自己的汇编部分）。编译器会自行完成此操作。那么真正的问题是什么？您是在问“如何强制编译器将数据放入相应的部分？”还是“编译器是否应该进行特定的放置？” - Dipan Mehta

据我所知，C编译器不会自己选择数据的存放位置。全局未初始化区域是bss段，局部（非静态）区域在栈上，堆由malloc分配（在C99中也可以使用可变长度数组）。是这样吗？ - user1150105

坦白说，我认为数据= BSS + Heap 是由编译器选择的；软件并不在那里做出真正的选择！好吧，我被维基百科页面(http://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment)搞混了，在那里它说“数据=数据+ BSS + HEAP”，这对我来说并没有完全意义。你应该说明除了默认情况下不在BSS或HEAP或Stack中的内容之外，其他哪些“数据”属于此类别？程序员需要做出选择吗？ - Dipan Mehta

@DipanMehta，ELF文件中的（data + bss + heap）构成了进程的数据段，该ELF将被映射到其中。 - 4pie0

Answer 1

这取决于您想要用缓冲区做什么。

通常应避免使用全局变量，您必须非常小心，以避免出现与它们相关的问题。

如果缓冲区仅在一个函数中需要，并且BUFSIZE不太大（最多几KB），则可以将其设为本地变量。但是，请注意总堆栈使用情况，因为嵌套调用会增加堆栈使用情况。静态局部变量仅在您想要保留调用之间的值时才需要，从而有效地使其成为具有本地作用域的全局变量。但是，当您进行多线程或想要使用递归时，这会让您头疼。

如果缓冲区跨越函数调用使用，或者BUFSIZE相当大，则使用malloc() / free()。如果该函数经常被调用，则将其分配一次到函数外部可能是个好主意，执行所有函数调用，然后释放它，而不是为每个函数调用分配和释放另一个缓冲区。但是，这接近过度优化，因为它不必要地将函数的内部结构与外部调用者耦合起来。

在更大的视角下，当您的程序增长时，您希望为其提供更多的结构并清晰地定义责任，尤其是对于内存处理，否则您最终将失去追踪。该缓冲区是具有特定任务的特定模块的工作细节。一种典型的方法是使用结构体以OOP方式组织数据，并使用create和destroy函数分配和释放此类对象。然后，该缓冲区可以成为此结构体的一部分。

struct s_foo
{
    char buf[BUFSIZE];
    ...
};

struct s_foo *foo_create (...);
void foo_destroy (struct s_foo *foo);
void foo_action (struct s_foo *foo);

这使您可以同时拥有任意数量的foos，每个都有自己的缓冲区，彼此独立。此外，在不使用静态变量的情况下，缓冲区内容在调用之间保持不变。

- Secure

Answer 2

你需要一个在加载时分配并在程序生命周期内保持不变的静态变量。所以选择三，也就是所谓的“bss”部分。

- user777082

Answer 3

显然，由于大小受限，堆是不可行的。我也不会选择静态变量，因为它们不可重入并且在递归中会带来混乱。所以，将其放在堆栈帧中。

void f(...) {
    char buf[BUFSIZE];
}

顺便说一下，除非绝对必要，否则最好避免使用静态或全局变量。

- Naser M.

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如果 BUFSIZE 太大怎么办？ - user1150105

@user14284，由于大小限制，堆栈帧已经超出了范围。但是，它仍然不是静态的，因为其生命周期是程序生命周期，而big-buf将占用大量内存。这只留下了malloc。现在malloc是一个野兽，所以必须正确地处理它。 - theD