pycharm python生成exe闪退 python程序闪退的原因

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mob64ca13f87273 2024-06-07 09:45:51

文章标签 数组数据内存空间 文章分类 Python 后端开发

这里写自定义目录标题

1. 最近发现了一个问题

1.1 原因
1.2 解决方式：

2. C语言程序的内存分配方式

2.1 内存分配方式
2.2 程序的内存空间
2.3 堆与栈的比较

2.3.1申请方式
2.3.2申请后系统的响应
2.3.3申请大小的限制
2.3.4申请效率的比较
2.3.5堆和栈中的存储内容
2.3.6存取效率的比较
2.3.7 小结

2.4 建议
2.5 new/delete与malloc/free比较

3. 那么vector的数据是存储在堆上面还是栈上面？
4. vector 数组相互转化

4.1 数组转vector
4.2 vector转数组
4.3 应用建议

5. 反思：
6. ref：

1. 最近发现了一个问题

在将本地txt中的数据读取到vector以后，需要将vector转换为array类型，当程序运行至main()中定义数组的部分，程序会以异常方式退出。经过研究发现这个是c/C++内存分配方式导致的。简化代码（省去从txt中读取vector的部分）如下：

#include <iostream> 
#include "gait_parameters.h"
int main()
{
	//1. 读取数据
	int size =  211246;
	
	cout<<"define array a"<<endl;
	int16_t a[size];
	
	cout<<"define array b"<<endl;
	int16_t b[size];
	
	cout<<"define array c"<<endl;
	int16_t c[size];
	
	cout<<"define array d"<<endl;
	int16_t d[size];
	
	cout<<"define array e"<<endl;
	int16_t e[size];
	
	cout<<"define array f"<<endl;
	int16_t f[size];
	
	cout<<"define array g"<<endl;
	int16_t g[size];
	
	cout<<"define array h"<<endl;
	int16_t h[size];
	
	cout<<"define array i"<<endl;
	int16_t i[size];
}

运行结果：

pycharm python生成exe闪退 python程序闪退的原因_内存空间

1.1 原因

在C或者C++中，在函数(包括main函数)中定义数组，对于任何程序员来说都是so easy的事，当然这通常是对于一些容量小的数据；当我们有大量的数据需要处理的时候，比如1GB大小的数据，按照常规的方式在函数中定义数组空间，往往会运行出错。如下为不同变量定义方式的区别：

直接定义一个数组，如a[SIZE];这个是分配的静态空间，在栈上（局部变量）或全局静态区（全局变量）上分配的，一般栈的内存是1M到2M，所以静态分配的空间不能太大，比如如果定义a[1024*1024];运行时就会报”段错误“，遇到要申请大的空间时，就需要动态申请；
函数内申请的变量，数组，是在栈（stack）中申请的一段连续的空间。栈的默认大小为2M或1M，开的比较小，内存为栈所分配的最大空间为4M，因此在子函数或者main函数中定义超大数组的方式是万万行不通的。
全局变量，全局数组，静态数组（static） 则是开在全局区（静态区）（static）。大小为2G，所以能够开的很大；
malloc、new出的空间，则是开在堆（heap）的一段不连续的空间。理论上则是硬盘大小；

1.2 解决方式：

为超大数组创建为一个全局数组。
有时候觉得数组使用起来不方便，可以采用定义vector的方式，但需要注意的是，vector通常只能分配出几百MB的空间。

vector <char> vec0;
vector <string> vec1;
vector <int> vec2;
vector <double> vec3;
 
cout<<vec0.max_size()<<endl;
cout<<vec1.max_size()<<endl;
cout<<vec2.max_size()<<endl;
cout<<vec3.max_size()<<endl;
//注意max_size()函数返回的是vector容器最大能存放的元素的个数，并不是字节数

在程序运行完之后得到的数据如下（win10系统 64位 MinGW:x86_64-8.1.0-release-posix-sjlj-rt_v6-rev0）：

pycharm python生成exe闪退 python程序闪退的原因_内存空间_02

由于vector在所需要的是一片连续的内存空间，有时候并不能实现，但是C++中 list 可以使用散列的空间，需要存放较大数据时可以使用 list 容器来存放数据。

2. C语言程序的内存分配方式

2.1 内存分配方式

内存分配方式有三种：
　　[1]从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
　　[2]在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
　　[3]从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

2.2 程序的内存空间

一个程序将操作系统分配给其运行的内存块分为4个区域，如下图所示。
　　一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分,
　　1、栈区（stack）—　由编译器自动分配释放，存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
　　2、堆区（heap） —　一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS(operating system)回收。分配方式类似于链表。由程序员自己申请、自己释放，否则发生内存泄露。典型为使用new申请的堆内容
　　3、全局区（静态区）（static）—存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放。
　　4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
　　5、程序代码区—存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b;// 栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = "123456"; //"123456/0"在常量区，p3在栈上。
static int c =0； //全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); //123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

2.3 堆与栈的比较

2.3.1申请方式

stack: 由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间。
　　heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在C中malloc函数，C++中是new运算符。
　　如p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char[10];
　　如p2 = (char *)malloc(10); p2 = new char[20];
　　但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2.3.2申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
　　堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。
　　对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。
　　由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

2.3.3申请大小的限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
　　堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

2.3.4申请效率的比较

栈由系统自动分配，速度较快，但是容量有限。但程序员是无法控制的。
　　堆：一般速度比较慢，内存使用new进行分配，使用delete或delete[]释放。如果未能对内存进行正确的释放，会造成内存泄漏。但在程序结束时，会由操作系统自动回收。用起来最方便。
　　另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是栈，而是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

2.3.5堆和栈中的存储内容

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
　　当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
　　堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

2.3.6存取效率的比较

char s1[] = "a";
　　char *s2 = "b";

a是在运行时刻赋值的；而b是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。比如：

int　main(){
　　char a = 1;
　　char c[] = "1234567890";
　　char *p ="1234567890";
　　a = c[1];
　　a = p[1];
　　return 0;
　　}

对应的汇编代码

10: a = c[1];
　　00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
　　0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
　　11: a = p[1];
　　0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
　　00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
　　00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。

2.3.7 小结

堆和栈的主要区别由以下几点：
　　
　　1、管理方式不同；
　　2、空间大小不同；
　　3、能否产生碎片不同；
　　4、生长方向不同；
　　5、分配方式不同；
　　6、分配效率不同；

管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，这个值可以修改。
碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构。
生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由malloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

2.4 建议

从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。
　　
虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。
　　
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果。

2.5 new/delete与malloc/free比较

从C++角度上说，使用new分配堆空间可以调用类的构造函数，而malloc()函数仅仅是一个函数调用，它不会调用构造函数，它所接受的参数是一个unsigned long类型。同样，delete在释放堆空间之前会调用析构函数，而free函数则不会。

3. 那么vector的数据是存储在堆上面还是栈上面？

vector本身并不一定占用动态内存，vector只是管理了一片动态内存。std::vector的默认实现是把内部数据分配在堆上，所以vector对象本身不需要再用new。vector对象本身不大。

vector vs用栈上的vector管理一片动态内存。
new vector用动态内存里的一个vector管理另一片动态内存。

pycharm python生成exe闪退 python程序闪退的原因_数组_03

4. vector 数组相互转化

4.1 数组转vector

float arrHeight[] = { 1.68,1.72,1.83,2.05,2.35,1.78,2.1,1.96 };  
vector<float> vecHeight(arrHeight, arrHeight+sizeof(arrHeight)/sizeof(float));

4.2 vector转数组

由于vector内部的数据是存放在连续的存储空间，vector转数组事实上只需要获取vector中第一个数据的地址和数据的长度即可。如果仅仅是传参，无需任何操作，直接传地址即可，如果要进行数据复制，可以借用内存拷贝函数“memcpy”。例如：

直接传递地址

template <typename T>
T * vec_2_arr_new(vector<T> &vec_acc_ori){
	return &vec_acc_ori[0];
}
int main(){
vector<int16_t> vec = read_vec_from_data("./data/data.txt")
int16_t  * arr = vec_2_arr_new(vec)
}

数据复制

float *buffer = new float[sizeof(arrHeight)];  
if (!vecHeight.empty())  
{  
    memcpy(buffer, &vecHeight[0], vecHeight.size()*sizeof(float));  
}

4.3 应用建议

1，vector作为动态数组，它的实现方法是：预先分配一个内存块，当感觉不够用的时候，再分配一个更大的内存块，然后自动将之前的数据拷贝到新的内存块中。

所以，出于效率考虑，如果实现知道待存储的数据长度，可以使用resize函数开辟足够的内存，避免后续的内存拷贝。

2，如果数组的元素是字符，建议使用string，而不是vector。

5. 反思：

这个问题反映了自己对于C/C++的内存管理很不熟悉，后面需要加强这方面的积累。

6. ref：

https://www.zhihu.com/question/36773826

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