內(nèi)存分配方式,堆和棧區(qū)別

1、1. 內(nèi)存分配方式內(nèi)存分配方式有三種：1 從靜態(tài)存儲區(qū)域分配。內(nèi)存在程序 編譯的時候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序 的整個運行期間都存在。例如全局變量，static 變量。2 在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高， 但是分配的內(nèi)存容量有限。3 從堆上分配，亦稱動態(tài)內(nèi)存分配。程序 在運行的時候用malloc 或 new 申請任意多少的內(nèi)存，程序 員自己負責在何時用free 或 delete 釋放內(nèi)存。 動態(tài)內(nèi)存的生存期由程序 員決定， 使用非常靈活， 但如果在堆上分配了空間，就有責任

2、回收它， 否則運行的 程序 會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產(chǎn)生堆內(nèi)碎塊。2. 程序的內(nèi)存空間一個 程序 將操作系統(tǒng)分配給其運行的內(nèi)存塊分為4 個區(qū)域，如下圖所示。代碼區(qū) (code area) 程序 內(nèi)存空間全局數(shù)據(jù)區(qū) (data area) 堆區(qū) (heap area) 棧區(qū) (stack area) 一個由 c/c+編譯的 程序 占用的內(nèi)存分為以下幾個部分, 1、棧區(qū)（ stack）由編譯器自動分配釋放，存放為運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧。2、堆區(qū)（ heap）一般由 程序 員分配釋放，若程序 員不釋放， 程

3、序 結束時可能由os 回收 。分配方式類似于鏈表。3、全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)） （static）存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)、常量。程序 結束后有系統(tǒng)釋放4、文字常量區(qū)常量字符串就是放在這里的。程序 結束后由系統(tǒng)釋放。5、程序 代碼區(qū)存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進制代碼。下面給出例子 程序 ，int a = 0; / 全局初始化區(qū)char *p1; / 全局未初始化區(qū)int main() int b; / 棧char s = abc; / 棧char *p2; / 棧char *p3 = 123456; /1234560在常量區(qū)， p3 在棧上。static int c =0;/ 全局（靜態(tài)）初始

4、化區(qū)p1 = new char10; p2 = new char20; /分配得來得和字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。strcpy(p1, 123456); /1234560 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。 3堆與棧的比較3.1 申請方式stack: 由系統(tǒng)自動分配。例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b 開辟空間。heap: 需要 程序 員自己申請， 并指明大小，在c 中 malloc 函數(shù)， c+中是 new 運算符。如 p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char10; 如 p2 = (char *)

5、malloc(10); p2 = new char20; 但是注意p1、p2 本身是在棧中的。3.2 申請后系統(tǒng)的響應棧：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：首先應該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當系統(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點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除， 并將該結點的空間分配給程序 。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 語句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。由于找到的堆結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

6、那部分重新放入空閑鏈表中。3.3 申請大小的限制棧：在 windows 下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)?地址和棧的最大容量是系統(tǒng)預先規(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。堆：堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的，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。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。3.4

7、申請效率的比較棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序 員是無法控制的。堆是由 new 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,不過用起來最方便。另外，在 windows下，最好的方式是用virtualalloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是棧，而是直接在進程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快， 也最靈活。3.5 堆和棧中的存儲內(nèi)容棧：在函數(shù)調(diào)用時， 第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，在大多數(shù)的c 編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當本次函數(shù)調(diào)用結束后，局部變

8、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)中的下一條指令，程序 由該點繼續(xù)運行。堆：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。3.6 存取效率的比較char s1 = a; char *s2 = b; a 是在運行時刻賦值的；而b 是在編譯時就確定的；但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(例如堆 )快。比如：int main() char a = 1; char c = 1234567890; char *p =1234567890; a = c1; a = p1; return 0; 對應的匯編代碼10: a = c

9、1; 00401067 8a 4d f1 mov cl,byte ptr ebp-0fh 0040106a 88 4d fc mov byte ptr ebp-4,cl 11: a = p1; 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 第一種在 讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl 中，而第二種則要先把指針值讀 到edx 中，再根據(jù)edx 讀取字符，顯然慢了。3.7 小結堆和棧的主要區(qū)

10、別由以下幾點：1、管理方式不同；2、空間大小不同；3、能否產(chǎn)生碎片不同；4、生長方向不同；5、分配方式不同；6、分配效率不同；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(chǎn)生memory leak?？臻g大小：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。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。當然，這個值可以修改。碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete 勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使 程序 效率降低。對于棧來

11、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(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前， 在他上面的后進的棧內(nèi)容 已經(jīng)被彈出，詳細的可以參考數(shù)據(jù)結構。生長方向： 對于堆來講， 生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)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(nèi)存地址減小的方向增長。分配方式： 堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2 種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。 靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由malloca 函數(shù)進行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。分配效率： 棧是機

12、器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)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(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是c/c+函數(shù)庫提供的，它的機制是很復雜的，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)結構/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。顯然，堆的效率比棧要低得多。從這里我們可以看到，堆和棧相 比，由于大量new/delete 的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片； 由于沒有專門的系統(tǒng)支持，

13、效率很低；由于可能引發(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。所以棧在 程序 中是應用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址，ebp 和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要么是 程序 崩潰，要么是摧毀程序 的堆、棧結構，產(chǎn)生以想不到的結果。4. new/delete 與 malloc/free 比較從 c+角度上說， 使用 new 分配堆空間

14、可以調(diào)用類的構造函數(shù)，而 malloc() 函數(shù)僅僅是一個函數(shù)調(diào)用，它不會調(diào)用構造函數(shù)，它所接受的參數(shù)是一個unsigned long 類型。同樣， delete在釋放堆空間之前會調(diào)用析構函數(shù)，而free 函數(shù)則不會。class time public: time(int,int,int,string); time() coutcall times destructor by:nameendl; private: int hour; int min; int sec; string name; ; time:time(int h,int m,int s,string n) hour=h; min=m; sec=s; name=n; coutcall times constructor by:nameendl; int main() time *t1; t1=(time*)malloc(sizeof(time); free(t1); time *t2