關(guān)于C++內(nèi)存的劃分,網(wǎng)上的總結(jié)已經(jīng)很詳細了。下邊是我轉(zhuǎn)載的一部分。
一、一個經(jīng)過編譯的C/C++的程序占用的內(nèi)存分成以下幾個部分:
1、棧區(qū)(stack):由編譯器自動分配和釋放,存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等,甚至函數(shù)的調(diào)用過程都是用棧來完成。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
2、堆區(qū)(heap) :一般由程序員手動申請以及釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由OS回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事,分配方式類似于鏈表。
3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static):全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域,未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放空間。
4、文字常量區(qū):常量字符串就是放在這里的。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放空間。
5、程序代碼區(qū):存放函數(shù)體的二進制代碼。
下面的例子可以完全展示不同的變量所占的內(nèi)存區(qū)域:
int a = 0; 全局初始化區(qū)
char *p1; 全局未初始化區(qū)
main()
{
int b; //棧中
char s[] = "abc"; //棧中
char *p2; //棧中
char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區(qū),p3在棧上
static int c =0; //全局(靜態(tài))初始化區(qū)
//以下分配得到的10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = new char[20];//(char *)malloc(20);
strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量區(qū),編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。
}
二、棧(stack)和堆(heap)具體的區(qū)別。
1、在申請方式上
棧(stack): 現(xiàn)在很多人都稱之為堆棧,這個時候?qū)嶋H上還是指的棧。它由編譯器自動管理,無需我們手工控制。例如,聲明函數(shù)中的一個局部變量 int b 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間;在調(diào)用一個函數(shù)時,系統(tǒng)自動的給函數(shù)的形參變量在棧中開辟空間。
堆(heap): 申請和釋放由程序員控制,并指明大小。容易產(chǎn)生memory leak。
在C中使用malloc函數(shù)。
如:p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符。
如:p2 = new char[20];//(char *)malloc(10);
但是注意p1本身在全局區(qū),而p2本身是在棧中的,只是它們指向的空間是在堆中。
new的本質(zhì)還是使用malloc的,但是new和malloc還是有很大區(qū)別:
(1)malloc是C語言中的函數(shù),new是C++中的操作符
(2)malloc的返回值是VOID*,new返回值是帶有類型的
(3)malloc只負責(zé)分配內(nèi)存而不會調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù),new不僅會分配內(nèi)存,還會調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)
2、申請后系統(tǒng)的響應(yīng)上
棧(stack):只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存,否則將報異常提示棧溢出。
堆(heap): 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表,當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點,然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除,并將該結(jié)點的空間分配給程序。另外,對于大多數(shù)系統(tǒng),會在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete或free語句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外,由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小,系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。
3、申請大小的限制
棧(stack):在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅5淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的,在Windows下,棧的大小是2M(也有的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數(shù)),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。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(dāng)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(shè)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(nèi)存的頁文件里面,它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。
堆(heap): 堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域(空閑部分用鏈表串聯(lián)起來)。正是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲空閑內(nèi)存,自然是不連續(xù)的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。一般來講在32位系統(tǒng)下,堆內(nèi)存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
4、分配空間的效率上
棧(stack):棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),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(zhí)行,這就決定了棧的效率比較高。但程序員無法對其進行控制。
堆(heap):是C/C++函數(shù)庫提供的,由new或malloc分配的內(nèi)存,一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片。它的機制是很復(fù)雜的,例如為了分配一塊內(nèi)存,庫函數(shù)會按照一定的算法(具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng))在堆內(nèi)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(nèi)存碎片太多),就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內(nèi)存,然后進行返回。這樣可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換,內(nèi)存的申請,代價變得更加昂貴。顯然,堆的效率比棧要低得多。
5、堆和棧中的存儲內(nèi)容
棧(stack):在函數(shù)調(diào)用時,第一個進棧的是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用后的下一條指令(子函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址,然后是子函數(shù)的各個形參。在大多數(shù)的C編譯器中,參數(shù)是由右往左入棧的,然后是子函數(shù)中的局部變量。注意:靜態(tài)變量是不入棧的。當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后,局部變量先出棧,然后是參數(shù),最后棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用完成的下一條指令,程序由該點繼續(xù)運行。
堆(heap):一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小,堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。
6、存取效率的比較
這個應(yīng)該是顯而易見的。拿棧上的數(shù)組和堆上的數(shù)組來說:
void main()
{
int arr[5]={1,2,3,4,5};
int *arr1;
arr1=new int[5];
for (int j=0;j<=4;j++)
{
arr1[j]=j+6;
}
int a=arr[1];
int b=arr1[1];
}
上面代碼中,arr1(局部變量)是在棧中,但是指向的空間確在堆上,兩者的存取效率,當(dāng)然是arr高。因為arr[1]可以直接訪問,但是訪問arr1[1],首先要訪問數(shù)組的起始地址arr1,然后才能訪問到arr1[1]。
總而言之,言而總之:
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出:
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點菜(聲明變量)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。