Java "Foo f = new Foo ()"의 객체 초기화는 본질적으로 C에서 포인터에 malloc을 사용하는 것과 동일합니까?

Java에서 객체 생성의 실제 프로세스를 이해하려고 노력 중이며 다른 프로그래밍 언어가 있다고 가정합니다.

Java의 객체 초기화가 C의 구조에 malloc을 사용할 때와 같다고 가정하는 것이 잘못입니까?

예:

Foo f = new Foo(10);

typedef struct foo Foo;
Foo *f = malloc(sizeof(Foo));

이것이 왜 객체가 스택이 아닌 힙에 있다고 말합니까? 그것들은 본질적으로 데이터에 대한 포인터이기 때문에?

C에서는 malloc()힙에 메모리 영역을 할당하고 이에 대한 포인터를 반환합니다. 그게 다야 메모리가 초기화되지 않았으며 메모리가 모두 0이거나 다른 것을 보증하지 않습니다.

Java에서 호출 new은과 같은 힙 기반 할당을 수행 malloc()하지만 추가 편의성 (또는 원하는 경우 오버 헤드)도 많이 얻습니다. 예를 들어 할당 할 바이트 수를 명시 적으로 지정할 필요가 없습니다. 컴파일러는 할당하려는 객체의 유형에 따라이를 파악합니다. 또한 객체 생성자가 호출됩니다 (초기화 방법을 제어하려는 경우 인수를 전달할 수 있음). new반환 되면 초기화 된 객체가 보장됩니다.

그러나 네, 전화 모두의 결과의 끝에 malloc()와 것은 new단순히 힙 기반 데이터의 일부 덩어리에 대한 포인터입니다.

질문의 두 번째 부분은 스택과 힙의 차이점에 대해 묻습니다. 컴파일러 디자인에 대한 과정을 읽거나 책을 읽음으로써 훨씬 더 포괄적 인 답변을 찾을 수 있습니다. 운영 체제에 대한 과정도 도움이 될 것입니다. 스택 및 힙에 대한 SO에 대한 많은 질문과 답변도 있습니다.

그렇게 말하면서, 나는 너무 장황하지 않기를 바라는 일반적인 개요를 줄 것이며 상당히 높은 수준에서 차이점을 설명하는 것을 목표로합니다.

기본적으로 두 개의 메모리 관리 시스템, 즉 힙과 스택을 갖는 주된 이유는 효율성 때문 입니다. 두 번째 이유는 각각이 다른 유형보다 특정 유형의 문제에서 더 낫기 때문입니다.

스택은 개념으로 이해하기가 다소 쉬우므로 스택부터 시작합니다. C 에서이 기능을 고려해 봅시다 ...

int add(int lhs, int rhs) {
    int result = lhs + rhs;
    return result;
}

위의 내용은 매우 간단합니다. 우리는 이름이 붙은 함수를 정의 add()하고 왼쪽과 오른쪽에 추가합니다. 이 함수는 그것들을 더하고 결과를 반환합니다. 발생할 수있는 오버플로와 같은 모든 대소 문자를 무시하십시오.이 시점에서 논의와 밀접한 관련이 없습니다.

이 add()기능의 목적은 매우 간단 해 보이지만 수명주기에 대해 무엇을 알 수 있습니까? 특히 메모리 사용이 필요합니까?

가장 중요한 것은, 컴파일러는 데이터 유형이 얼마나 크며 얼마나 많은 데이터를 사용할 것인지에 대한 우선 순위 (컴파일 타임)를 알고 있다는 것입니다. lhs및 rhs인수는 sizeof(int)4 각 바이트. 변수 result도 sizeof(int)입니다. 컴파일러는 add()함수가 4 bytes * 3 ints총 12 바이트의 메모리를 사용함을 알 수 있습니다 .

때 add()함수가 호출 될 때, 하드웨어 레지스터는 호출 스택 포인터는 스택의 상단을 가리 거기에 주소를해야합니다. add()함수를 실행하는 데 필요한 메모리를 할당하기 위해 모든 함수 입력 코드는 하나의 단일 어셈블리 언어 명령을 실행하여 스택 포인터 레지스터 값을 12 씩 줄입니다. 이렇게하면 스택에 3 개의 스토리지가 생성됩니다. ints하나 각 lhs, rhs및 result. 단일 명령을 실행하여 필요한 메모리 공간을 확보하는 것은 단일 클럭이 1 클록 틱 (1 GHz CPU에서 10 억분의 1 초)으로 실행되는 경향이 있기 때문에 속도면에서 엄청난 승리입니다.

또한 컴파일러의 관점에서 배열을 인덱싱하는 것처럼 보이는 변수에 대한 맵을 만들 수 있습니다.

lhs:     ((int *)stack_pointer_register)[0]
rhs:     ((int *)stack_pointer_register)[1]
result:  ((int *)stack_pointer_register)[2]

다시,이 모든 것이 매우 빠릅니다.

add()기능이 종료 되면 정리해야합니다. 스택 포인터 레지스터에서 12 바이트를 빼서이 작업을 수행합니다. 호출과 비슷 free()하지만 하나의 CPU 명령어 만 사용하며 하나의 틱만 걸립니다. 매우 빠릅니다.

이제 힙 기반 할당을 고려하십시오. 이것은 필요한 메모리 양을 사전에 알지 못할 때 작동 합니다 (즉, 런타임시에만 배울 것입니다).

이 기능을 고려하십시오.

int addRandom(int count) {
    int numberOfBytesToAllocate = sizeof(int) * count;
    int *array = malloc(numberOfBytesToAllocate);
    int result = 0;

    if array != NULL {
        for (i = 0; i < count; ++i) {
            array[i] = (int) random();
            result += array[i];
        }

        free(array);
    }

    return result;
}

이 addRandom()함수는 컴파일 타임에 count인수 의 값이 무엇인지 알지 못합니다 . 이 때문에 다음 array과 같이 스택에 넣을 때와 같이 정의하려고 시도하는 것이 합리적이지 않습니다 .

int array[count];

경우 count거대 그것은 우리의 스택이 너무 크고 덮어 쓰기 다른 프로그램 세그먼트를 성장의 원인이 될 수 있습니다. 이 스택 오버플로 가 발생 하면 프로그램이 충돌합니다.

따라서 런타임까지 필요한 메모리 양을 모르는 경우을 사용 malloc()합니다. 그런 다음 필요할 때 필요한 바이트 수를 물어볼 수 있고, malloc()그 바이트를 많이 공급할 수 있는지 확인합니다. 그것이 가능하다면, 우리는 그것을 얻습니다. 그렇지 않다면, malloc()실패한 호출을 알려주는 NULL 포인터를 얻습니다 . 그러나 프로그램이 충돌하지 않습니다! 물론 프로그래머는 리소스 할당에 실패하면 프로그램을 실행할 수 없다고 결정할 수 있지만 프로그래머가 시작한 종료는 가짜 충돌과 다릅니다.

이제 효율성을 보러 돌아와야합니다. 스택 할당자는 매우 빠릅니다. 할당하는 명령 하나, 할당 해제 할 명령 하나는 컴파일러에 의해 수행되지만 스택은 알려진 크기의 로컬 변수와 같은 것을 의미하므로 상당히 작습니다.

반면 힙 할당자는 몇 배 더 느립니다. 사용자가 원하는 메모리 양을 공급할 수있는 충분한 여유 메모리가 있는지 확인하려면 테이블을 찾아야합니다. 다른 사람이 해당 블록을 사용할 수 없도록하기 위해 메모리를 공급 한 후에 해당 테이블을 업데이트해야합니다 (이 부기에는 할당자가 할당하려는 것 외에 할당자가 자체적 으로 메모리를 예약해야 할 수도 있음 ). 할당자는 스레드 안전 방식으로 메모리를 공급할 수 있도록 잠금 전략을 사용해야합니다. 그리고 기억이 마침내free()d는 다른 시간에 발생하며 일반적으로 예측할 수있는 순서로 발생하지 않습니다. 할당자는 연속적인 블록을 찾아 다시 합쳐서 힙 조각화를 복구해야합니다. 그것이 모든 것을 달성하기 위해 단일 CPU 명령 이상을 필요로하는 것처럼 들리면 맞습니다! 매우 복잡하고 시간이 걸립니다.

그러나 힙이 큽니다. 스택보다 훨씬 큽니다. 우리는 그들로부터 많은 메모리를 얻을 수 있으며 컴파일 타임에 얼마나 많은 메모리가 필요한지 알지 못할 때 좋습니다. 그래서 우리는 너무 큰 것을 할당하려고 할 때 충돌하는 대신 정중하게 거절하는 관리되는 메모리 시스템의 속도를 상쇄합니다.

귀하의 질문에 대한 답변이 되었기를 바랍니다. 위의 내용 중 어느 것이라도 명확하게 알려면 알려주십시오.