内存分配:堆、栈、全局变量/静态变量、代码区

发布时间:2016-12-11 14:09:43 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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C++中,内存分为5个区:堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。 1、栈:是由编译器在需要时自动分配,不需要时自动清除的变量存储区。通常存放局部变量、函数参数等。 2、堆:是由new分配的内存块,由程序员释放(编译器不管),一般一个new与一个delete对应,一个new[]与一个delete[]对应。如果程序员没有释放掉,资源将由操作系统在程序结束后自动回收 。                           自由存储区:是由malloc等分配的内存块,和堆十分相似,用free来释放。(注意:堆和自由存储区其实不过是同一块区域,new底层实现代码中调用了malloc,new可以看成是malloc智能化的高级版本) 3、全局/静态存储区:全局变量和静态变量被分配到同一块内存中(在C语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的,C++中没有这一区分)。 4、常量存储区:这是一块特殊存储区,里边存放常量,不允许修改。 堆与栈的讨论:  管理方式:   堆中资源由程序员控制(容易产生memory leak)。   栈资源由编译器自动管理,无需手工控制。    系统响应:   对于堆,应知道系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序申请时,遍历该链表,寻找第一个空间大于申请空间的堆结点,删除空闲结点链表中的该结点,并将该结点空间分配给程序(大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小,这样delete才能正确释放本内存空间,另外系统会将多余的部分重新放入空闲链表中)。   对于栈,只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统为程序提供内存,否则报异常提示栈溢出。    空间大小:   堆是不连续的内存区域(因为系统是用链表来存储空闲内存地址,自然不是连续的),堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存(32bit系统理论上是4G),所以堆的空间比较灵活,比较大。   栈是一块连续的内存区域,大小是操作系统预定好的,windows下栈大小是2M(也有是1M,在编译时确定,VC中可设置)。    碎片问题:   对于堆,频繁的new/delete会造成大量碎片,使程序效率降低。   对于栈,它是一个先进后出的队列,进出一一对应,不会产生碎片。    生长方向:(这决定了栈在高地址区、堆在底地址区)   堆向上,向高地址方向增长。   栈向下,向低地址方向增长。    分配方式:   堆都是动态分配(没有静态分配的堆)。   栈有静态分配和动态分配,静态分配由编译器完成(如局部变量分配),动态分配由alloca函数分配,但栈的动态分配的资源由编译器进行释放,无需程序员实现。    分配效率:   堆由C/C++函数库提供,机制很复杂。所以堆的效率比栈低很多。   栈是极其系统提供的数据结构,计算机在底层对栈提供支持,分配专门寄存器存放栈地址,栈操作有专门指令。 动态变量和静态变量的区别: 1、存储位置 动态变量:存储在内存出栈数据区 静态变量:存储在全局数据区(静态数据区) 2、生命期 动态变量:根据你定义的位置确定,比如你在一个函数中定义的,那么超出该函数范围变量将失效 静态变量:程序结束时才释放 3、作用域 动态变量:同样的要根据你定义的位置才能确定,和第二点的一样 静态变量:当前文件中有效 堆和栈的区分: 堆(Heap)栈(Stack) 1、内存分配方面: 堆: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回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下:new、malloc、delete、free等等。 栈:由编译器(Compiler)自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 2、申请方式方面: 堆:需要程序员自己申请,并指明大小。在c中malloc函数如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new运算符,但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。 栈: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。 3、系统响应方面: 堆: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,另外,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。另外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。 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。 4、大小限制方面: 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。 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,栈的大小是固定的(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。 5、效率方面: 堆:是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便,另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈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。 栈:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。 6、存放内容方面: 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。 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,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。 7、存取效率方面: 堆:char *s1 = "Hellow Word";是在编译时就确定的; 栈:char s1[] = "Hellow Word"; 是在运行时赋值的;用数组比用指针速度要快一些,因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下,而数组在栈上直接读取。

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