C++ 內存管理—01

  在C++中，內存分紅5個區，他們分別是堆、棧、自由存儲區、全局/靜態存儲區和常量存儲區。
　　棧，在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元均可以在棧上建立，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於處理器的指令集中，效率很高，可是分配的內存容量有限。
　　堆，就是那些由new分配的內存塊，他們的釋放編譯器不去管，由咱們的應用程序去控制，通常一個new就要對應一個delete。若是程序員沒有釋放掉，那麼在程序結束後，操做系統會自動回收。
　　自由存儲區，就是那些由malloc等分配的內存塊，他和堆是十分類似的，不過它是用free來結束本身的生命的。
　　全局/靜態存儲區，全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中，在之前的C語言中，全局變量又分爲初始化的和未初始化的，在C++裏面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊內存區。

　　常量存儲區，這是一塊比較特殊的存儲區，他們裏面存放的是常量，不容許修改。

 

明確區分堆與棧
　　在bbs上，堆與棧的區分問題，彷佛是一個永恆的話題。
　　首先，咱們舉一個例子：
                 void f() { int* p=new int[5]; }
　　這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，咱們首先就應該想到，咱們分配了一塊堆內存，那麼指針p呢？他分配的是一塊棧內存，因此這句話的意思就是：在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針p。在程序會先肯定在堆中分配內存的大小，而後調用operator new分配內存，而後返回這塊內存的首地址，放入棧中，他在VC6下的彙編代碼以下：
00401028 push 14h
0040102A call operator new (00401060)
0040102F add esp,4
00401032 mov dword ptr [ebp8],
eax
00401035 mov eax,dword ptr [ebp8]
00401038 mov dword ptr [ebp4],
eax
　　這裏，咱們爲了簡單並無釋放內存，那麼該怎麼去釋放呢？是deletep麼？錯了，應該是delete []p，這是爲了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6就會根據相應的Cookie信息去進行釋放內存的工做。
       堆和棧究竟有什麼區別？
　　回到主題：堆和棧究竟有什麼區別？
　　主要的區別由如下幾點：
　　一、管理方式不一樣；
　　二、空間大小不一樣；
　　三、可否產生碎片不一樣；
　　四、生長方向不一樣；
　　五、分配方式不一樣；
　　六、分配效率不一樣；
　　管理方式：對於棧來說，是由編譯器自動管理，無需咱們手工控制；對於堆來講，釋放工做由程序員控制，容易產生memory leak。

         （廣義的說，內存泄漏不只僅包含堆內存的泄漏，還包含系統資源的泄漏(resource leak)，好比核心HANDLE，GDI Object，SOCKET， Interface等，從根本上說這些由操做系統分配的對象也消耗內存，若是這些對象發生泄漏最終也會致使內存的泄漏。並且，某些對象消耗的是核心態內存，這些對象嚴重泄漏時會致使整個操做系統不穩定。因此相比之下，系統資源的泄漏比堆內存的泄漏更爲嚴重。）

   
　　空間大小：通常來說在32位系統下，堆內存能夠達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。可是對於棧來說，通常都是有必定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。固然，咱們能夠修改：打開工程，依次操做菜單以下：Project>Setting>Link，在Category 中選中Output，而後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。注意：reserve最小值爲4Byte；commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面，它設置的較大會使棧開闢較大的值，可能增長內存的開銷和啓動時間。
　　碎片問題：對於堆來說，頻繁的new/delete勢必會形成內存空間的不連續，從而形成大量的碎片，使程序效率下降。對於棧來說，則不會存在 這個問題，由於棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以致於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出以前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的能夠參考數據結構，這裏咱們就再也不一一討論了。
　　生長方向：對於堆來說，生長方向是向上的，也就是向着內存地址增長的方向；對於棧來說，它的生長方向是向下的，是向着內存地址減少的方向增加。
　　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，好比局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配，可是棧的動態分配和堆是不一樣的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需咱們手工實現。
　　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，它的機制是很複雜的，例如爲了分配一塊內存，庫函數會按照必定的算法（具體的算法能夠參考數據結構/操做 系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，若是沒有足夠大小的空間（多是因爲內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增長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，而後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。從這裏能夠看到，堆和棧相比，因爲大量new/delete的使用，容易形成大量的內存碎片；因爲沒有專門的系統支持，效率很低；因爲可能 引起用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。因此棧在程序中是應用最普遍的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程當中的參數，返回 地址，EBP和局部變量都採用棧的方式存放。因此，咱們推薦你們儘可能用棧，而不是用堆。
　　雖然棧有如此衆多的好處，可是因爲和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的內存空間，仍是用堆好一些。不管是堆仍是棧，都要防止越界現象的發生（除非是故意使其越界），由於越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、棧結構，產生意想不到的結果，就算是在程序的運行過程當中，沒有發生上面的問題，也仍是要當心，說不定何時就崩掉，那時候debug是至關困難的。