在C++中,內存分為5大存儲區:堆區、棧區、全局區、文字常量區、程序代碼區。
內存區域 | 說明 |
棧區(stack) | 由編譯器自動分配釋放,存放為運行函數而分配的局部變量、函數參數、返回數據、返回地址等。其操作方式類似于數據結構中的棧。 |
堆區(heap) | 一般有程序員分配釋放,若程序員不釋放,程序結束時可能有系統回收。分配方式類似于鏈表。 |
全局區(static) | 存放全局變量、靜態數據、常量。程序結束后有系統釋放。 |
文字常量區 | 常量字符串就是放在這里;程序結束后有系統釋放。 |
程序代碼區 | 存放函數體(類成員函數和全局函數)的二進制代碼。 |
實例分析:
int a=0; //全局區初始化區
char *p1; //全局區未初始化區
static char b; //全局區未初始化靜態變量
int main()
{
int c; //棧區臨時變量
char s[]="abc"; //棧區臨時數組變量
char *p2; //棧區臨時指針變量
char *p3="123"; //常量區常量,棧區指針變量
static int d=0; //全局初始化區靜態變量
p1=new char[10]; //堆區分配10個字符空間
p2=new char[20]; //堆區分配20個字符空間
strcpy(p1,"123"); //"123"放在常量區,編譯器有可能將它與p3所指向的區域相同
}
內存分配方式:
從靜態存儲區分配
內存在程序編譯時就已經分配好,這塊內存在程序的整個運行期間都存在。速度快、不容易出錯,因為系統會善后。例如全局變量,static常量。
從棧上分配
在執行函數時,函數內部局部變量的存儲單元都在棧上創建,函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器指令集中,效率很高,但分配的內存容量有限。
從堆上分配
也叫動態分配。程序在運行時用malloc或new申請任意大小的內存,程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期有程序員決定,使用靈活。如果在堆上分配了空間,就有責任回收它,否則運行的程序會出現內存泄露,另外頻繁的分配和釋放不同大小的堆空間將會產生對內碎塊。
堆和棧究區別:
主要的區別由以下幾點:
1.管理方式:對于棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對于堆來說,釋放工作由程序員控制,容易產生memory leak。
2.空間大小:一般來講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講,一般都是有一定的空間大小 的,例如,在VC6下面,默認的棧空間大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:
打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內存的頁文件里面,它設置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內存的開銷和啟動時間。
3.碎片問題:對于堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對于棧來講,則不會存在這個問題, 因為棧是先進后出的隊列,他們是如此的一一對應,以至于永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的后進的棧內容已經被彈出,詳細的 可以參考數據結構,這里我們就不再一一討論了。
4.生長方向:對于堆來講,生長方向是向上的,也就是向著內存地址增加的方向;對于棧來講,它的生長方向是向下的,是向著內存地址減小的方向增長。
分配方式:堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如局部變量的分配。動態分配由 alloca函數進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。
5.分配效率:棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比 較高。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分 到足夠大小的內存,然后進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
常見的內存錯誤及其對策:
發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤,通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的癥狀,時隱時現,增加了改錯的難度。常見的內存錯誤及其對策如下:
* 內存分配未成功,卻使用了它。
編程新手常犯這種錯誤,因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是,在使用內存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數的參數,那么在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請內存,應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。
* 內存分配雖然成功,但是尚未初始化就引用它。
犯這種錯誤主要有兩個起因:一是沒有初始化的觀念;二是誤以為內存的缺省初值全為零,導致引用初值錯誤(例如數組)。 內存的缺省初值究竟是什么并沒有統一的標準,盡管有些時候為零值,我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組,都別忘了賦初值,即便是賦零值也不可省略,不要嫌麻煩。
* 內存分配成功并且已經初始化,但操作越過了內存的邊界。
例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環語句中,循環次數很容易搞錯,導致數組操作越界。
* 忘記了釋放內存,造成內存泄露。
含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足,你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉,系統出現提示:內存耗盡。
動態內存的申請與釋放必須配對,程序中malloc與free的使用次數一定要相同,否則肯定有錯誤(new/delete同理)。
* 釋放了內存卻繼續使用它。
有三種情況:
(1)程序中的對象調用關系過于復雜,實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存,此時應該重新設計數據結構,從根本上解決對象管理的混亂局面。
(2)函數的return語句寫錯了,注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”,因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。
(3)使用free或delete釋放了內存后,沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”。
【規則1】用malloc或new申請內存之后,應該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內存。
【規則2】不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。
【規則3】避免數組或指針的下標越界,特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。
【規則4】動態內存的申請與釋放必須配對,防止內存泄漏。
【規則5】用free或delete釋放了內存之后,立即將指針設置為NULL,防止產生“野指針”。