关于栈区、堆区、全局区、文字常量区、程序代码区
一个由 C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
栈区(stack
)
由编译器自动分配、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。
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的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表
全局区(静态区)(static
)
全局变量和静态变量的存储是放在一块的,程序结束后由系统释放。
初始化的全局变量和静态变量在一块区域,
未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。
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
程序代码区
存放函数体的二进制代码。
堆和栈的理论知识
申请方式
栈由系统自动分配,速度较快,是一块连续的内存区域,大小是 2MB。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
开辟空间堆需要程序员自己申请,并指明大小,速度比较慢。用
malloc
,alloc
,new
,calloc
,realloc
等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。另外,堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域,堆的大小受限于计算机的虚拟内存。因此堆空间获取和使用比较灵活,可用空间较大。例如
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,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。
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。
申请效率的比较
栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
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块内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。
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。堆中的具体内容由程序员安排。
存取效率的比较
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:
对应的汇编代码
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。
小结 (堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出)
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,他的好处是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。
对比
栈是系统提供的功能,特点是快速高效,缺点是有限制,数据不灵活;堆是函数库提供的功能,特点是灵活方便,数据适应面广泛,但是效率有一定降低。
栈是系统数据结构,对于进程/线程是唯一的;堆是函数库内部数据结构,不一定唯一。不同堆分的内存无法互相操作。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编译器完成的,比如自动变量(auto)的分配。动态分配由
alloca
函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动),也就没有释放函数。为可移植的程序起见,栈的动态分配操作是不被鼓励的!堆空间的分配总是动态的,虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统,但是精确的申请内存/释放内存匹配是良好 程序的基本要素。一般所说的堆栈(
stack
)往往是指栈,先进后出, 它是一块内存区。用以存放程序的局部变量,临时变量,函数的参数,返回地址等。在这块区域中的变量的分配和释放由系统自动进行。不需要用户的参与。而在堆(heap
,先进先出) 上的空间则是由用户进行分配 ,并由用户负责释放。
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