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[C++]内存分配的概念

2015-10-11 14:33 274 查看
//转载:http://blog.csdn.net/andysun1986/article/details/6941230


一、预备知识----程序的内存分配

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、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。

3、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,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。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

这是网上找的例程,非常详细:


View Code

1 //main.cpp
2 int a=0;    //全局初始化区
3 char *p1; //全局未初始化区
4 main()
5 {
6     int b;                  //栈
7     char s[]="abc";  //栈
8     char *p2;           //栈
9     char *p3="123456";   //123456\0在常量区,p3在栈上。
10     static int c=0;     //全局(静态)初始化区
11     p1 = (char*)malloc(10);
12     p2 = (char*)malloc(20);   //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
13     strcpy(p1,"123456");   //123456\0放在常量区,编译器可能会将它与p3所向"123456"优化成一个地方。
14 }


二、堆和栈的理论知识

1、申请方式

stack:由系统自动分配,例如声明在函数中的一个局部变量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中用malloc函数:p1=(char*)malloc(10);在C++中用new运算符:p2=new char[10]。注意p1、p2本身是在栈中的。

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,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。

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。

4、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,最好的方式是用Virtual Alloc分配内存,它不是在堆,也不是在栈,而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。

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。

6、存取效率的比较

char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;而bbbbbbbbb
4000
bb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。

7、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。
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