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内存的堆分配和栈分配

堆和栈区别



一个由C/C++编译程序占用内存分为以下几个部分

1、栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放函数参数值,局部变量值等。其

操作方式类似于数据结构中栈。

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回

收 。注意它与数据结构中堆是两回事,分配方式倒是类似于链表,呵呵。

3、全局区(静态区)(static)—,全局变量和静态变量存储是放在一块,初始化

全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化全局变量和未初始化静态变量在相邻

一块区域。 – 程序结束后由系统释放。–>分别是data区,bbs区 

4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里。 程序结束后由系统释放–>coment区

5、程序代码区—存放函数体二进制代码。–>code区



二、例子程序

这是一个前辈写,非常详细

//main.cpp

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“123456”优化成一个地方。

}

二、堆和栈理论知识

2.1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

如p1 = (char *)malloc(10);

C++中用new运算符

如p2 = (char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在栈中

2.2

申请后系统响应

栈:只要栈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链表,当系统收到程序申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中首地址处记录本次分配大小,这样,代码中delete语句才能正确释放本内存空间。另外,由于找到堆结点大小不一定正好等于申请大小,系统会自动将多余那部分重新放入空闲链表中。

2.3申请大小限制

栈:在Windows下,栈是向低地址扩展数据结构,是一块连续内存区域。这句话意思是栈顶地址和栈最大容量是系统预先规定好,在WINDOWS下,栈大小是2M(也有说是1M,总之是一个编译时就确定常数),如果申请空间超过栈剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得空间较小。

堆:堆是向高地址扩展数据结构,是不连续内存区域。这是由于系统是用链表来存储空闲内存地址,自然是不连续,而链表遍历方向是由低地址向高地址。堆大小受限于计算机系统中有效虚拟内存。由此可见,堆获得空间比较灵活,也比较大。

2.4申请效率比较:

栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制

堆是由new分配内存,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。

2.5堆和栈中存储内容

栈: 在函数调用时,第一个进栈是主函数中后下一条指令(函数调用语句下一条可执行语句)地址,然后是函数各个参数,在大多数C编译器中,参数是由右往左入栈,然后是函数中局部变量。注意静态变量是不入栈

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地址,也就是主函数中下一条指令,程序由该点继续运行。

堆:一般是在堆头部用一个字节存放堆大小。堆中具体内容有程序员安排。

2.6存取效率比较

char s1[] = “aaaaaaaaaaaaaaa”;

char *s2 = “bbbbbbbbbbbbbbbbb”;

aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值

而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定

但是,在以后存取中,在栈上数组指针所指向字符串(例如堆)快。

比如:

#i nclude

void main()

{

char a = 1;

char c[] = “1234567890”;

char *p =”1234567890″;

a = c[1];

a = p[1];

return;

}

对应汇编代码

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元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。

2.7小结:

堆和栈区别可以用如下比喻来看出:

使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他好处是快捷,但自由度小。

使用堆就象是自己动手做喜欢吃菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己口味,而且自由度大。

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全局变量或者静态变量,它们都放在堆里

局部变量放在栈里

堆区,也叫自由存储区.

为什么说在堆上分配内存比在栈上分配内存慢?堆空间开辟需要用系统函数,栈上直接修改指针

堆空间管理需要系统记帐,栈上空间可以由编译器管理或是保存在某个处理器寄存器中。

堆空间释放需要系统管理,栈上释放可以直接丢弃。堆空间需要通过栈上指针间接引用,所以访问会慢

记得在apue2上面看到关于线程中有这样一段话,大致意思是,一个线程有自己堆栈,可以在堆栈上分配内存,比如说一个结构体,如果这个线程调用了pthread_exit()返回这个结构体指针时候之后要特别小心,因为很有可能这个结构体里面成员值发生改变,这个可以理解,因为同一个进程所有线程资源是共享,当这个线程退出之后那部分以前用过堆栈很可能被其它线程占用,但同时又说如果malloc就不会出现这样问题,

比如,在栈上分一个int,只要esp-4就可以了,

在堆上系统要记录被分配内存信息,以便释放

BTW:

栈有序

堆无序

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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时候就已经分配好,这块内存在程序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指令集中,效率很高,但是分配内存容量有限。   

   

   3.从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行时候用malloc或new申请任意多少内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存生存期由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多。

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一般所说堆栈(stack)往往是指栈,先进后出,它是一块内存区。用以存放程序局部变量,临时变量,函数参数,返回地址等。在这块区域中变量分配和释放由系统自动进行。不需要用户参与。   

   而在堆(heap,先进先出)空间则是由用户进行分配,并由用户负责释放
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