内存管理——堆与栈

古城微笑少年丶 2021-09-14 13:24 417阅读 0赞

首先看程序例1：

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    using namespace std;
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {   
    //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。ch作为一个整体被分配到内存中，在ch中ch[0]存放在低地址；
    	char ch[2];
    	int i;
    	cout.unsetf( ios_base::dec );
    	cout.setf( ios_base::hex );
    	cout<<(int)&(ch[0])<<endl;
    	cout<<(int)&(ch[1])<<endl;
    	cout<<(int)&i<<endl;
    
    
    	union Node
    	{
    		short sVar;
    		char cVar[2];
    	};
    	Node node;
    	node.cVar[0]=2;
    	node.cVar[1]=1;
    
    	cout.setf(ios_base::dec);
    	cout<<node.sVar<<endl;
    
    
    	system("pause");
    	return 0;
    }

**![1345683844_2831.jpg][]**

**我们要分清：堆是堆，栈归栈，****在阅读以下内容之前，请了解一下几点：**

第一：坚决澄清：堆是堆，栈归栈。

第二：曾经的“堆栈”再不允许重谈，简直就是扯淡！

第三：下面内容均属于从内存分配角度的阐述，不要与数据结构混淆。

**第一部分：程序的内存分配**

<1>内存分配详细

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。

2、堆区（heap） — 一般由程序员设计分配及释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。可能涉及的操作符如下：new、malloc、delete、free等等。

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—存放函数体的二进制代码。

<2>例子程序

网上流传，此例乃前辈所为，如今拾得，相见恨晚。遂记。

1  // main.cpp   
  2   int    a  =   0 ;  // 全局初始化区   
  3   char    \* p1;    // 全局未初始化区   
  4   void  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；而p3在栈上。   
 10        static   int  c  = 0 ；  // 全局（静态）初始化区   
 11        char   \* p1  =  ( char   \* )malloc( 10 );  
 12       char   \* p2  =  ( char   \* )malloc( 20 );  
 13       // 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。   
 14       strcpy(p1, " 123456 " );  // 123456\\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。   
 15   \}

**第二部分：堆与栈的理论知识**

<1>堆与栈的相同点

堆(heap)与栈(stack)都是为了临时储存某些信息而在内存中开辟的一段连续内存块。

<2>堆与栈的不同点

1、申请方式

stack:

由系统自动分配。 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。

heap:

需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数

如char  \*p1 = (char \*)malloc(10);

在C++中用new运算符

如char  \*p2 = new char\[10\];

但是，注意p1、p2本身却是在栈中的存储。

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。此时要注意一点，栈是往低地址的方向扩展，如果有数组存在时，要将数组看成一个整体分配内存，在数组内部数组标号的地址分配原则是：数组序号与地址的大小一一对应，即：小的数组序号对应着低地址。（有点绕口，可以参考例1演示）。

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VirtualAlloc分配内存，它不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，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。堆中的具体内容有程序员安排。

6、存取效率的比较

1   char  s1\[\]  =   " aaaaaaaaaaaaaaa " ;  
 2    char   \* s2  =   " bbbbbbbbbbbbbbbbb " ;  
 3       // aaaaaaaaaaa    是在运行时刻赋值的；  
 4       // 而bbbbbbbbbbb  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。

关于内存管理的一篇非常不错的文章，跟大家分享下：[http://blog.csdn.net/lotluck/article/details/40049283][http_blog.csdn.net_lotluck_article_details_40049283]

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