c/c++中內存區域劃分大總結

一. 在c中分爲這幾個存儲區

1.代碼區- 存放程序的執行代碼(機器指令）

2.棧區- 由編譯器自動分配釋放

3.堆區 - 通常由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收

4.全局區(靜態區)和常量區，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。其中還有一個專門放常量的地方- 程序結束釋放

在函數體中定義的變量一般是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配內存的函數分配獲得的就是在堆上。在全部函數體外定義的是全局量，加了static修飾符後無論在哪裏都存放在全局區（靜態區）,在全部函數體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用，在函數體內定義的static表示只在該函數體內有效。另外，函數中的"adgfdf"這樣的字符串存放在常量區。好比：

int a = 0; //全局初始化區

char *p1; //全局未初始化區

void main()

{

    int b; //棧

    char s[] = "abc"; //棧

    char *p2; //棧

    char *p3 = "123456"; //123456{post.content}在常量區，p3在棧上

    static int c = 0; //全局（靜態）初始化區

    p1 = (char *)malloc(10); //分配得來得10字節的區域在堆區

    p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得20字節的區域在堆區

    strcpy(p1, "123456");

    //123456{post.content}放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一塊

}

二.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

1.代碼區，主要是可執行程序，彙編代碼或機器指令。

2.棧區，就是那些由編譯器在須要的時候分配，在不須要的時候自動清楚的變量的存儲區。裏面的變量一般是局部變量、函數參數等。

3.堆區(或自由存儲區)，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。或者是那些由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。

4.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。

5.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（固然，你要經過非正當手段也能夠修改）

三. 談談堆與棧的關係與區別

具體地說，現代計算機(串行執行機制)，都直接在代碼底層支持棧的數據結構。這體如今，有專門的寄存器指向棧所在的地址，有專門的機器指令完成數據入棧出棧的操做。這種機制的特色是效率高，支持的數據有限，通常是整數，指針，浮點數等系統直接支持的數據類型，並不直接支持其餘的數據結構。由於棧的這種特色，對棧的使用在程序中是很是頻繁的。對子程序的調用就是直接利用棧完成的。機器的call指令裏隱含了把返回地址推入棧，而後跳轉至子程序地址的操做，而子程序中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址並跳轉之的操做。C/C++中的自動變量是直接利用棧的例子，這也就是爲何當函數返回時，該函數的自動變量自動失效的緣由。

和棧不一樣，堆的數據結構並非由系統(不管是機器系統仍是操做系統)支持的，而是由函數庫提供的。基本的malloc/realloc/free 函數維護了一套內部的堆數據結構。當程序使用這些函數去得到新的內存空間時，這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的內存空間，若是沒有可使用的內存空間，則試圖利用系統調用來動態增長程序數據段的內存大小，新分配獲得的空間首先被組織進內部堆中去，而後再以適當的形式返回給調用者。當程序釋放分配的內存空間時，這片內存空間被返回內部堆結構中，可能會被適當的處理(好比和其餘空閒空間合併成更大的空閒空間)，以更適合下一次內存分配申請。這套複雜的分配機制實際上至關於一個內存分配的緩衝池(Cache)，使用這套機制有以下若干緣由：

1. 系統調用可能不支持任意大小的內存分配。有些系統的系統調用只支持固定大小及其倍數的內存請求(按頁分配)；這樣的話對於大量的小內存分類來講會形成浪費。

2. 系統調用申請內存多是代價昂貴的。系統調用可能涉及用戶態和核心態的轉換。

3. 沒有管理的內存分配在大量複雜內存的分配釋放操做下很容易形成內存碎片。

堆和棧的對比

從以上知識可知，棧是系統提供的功能，特色是快速高效，缺點是有限制，數據不靈活；而棧是函數庫提供的功能，特色是靈活方便，數據適應面普遍，可是效率有必定下降。棧是系統數據結構，對於進程/線程是惟一的；堆是函數庫內部數據結構，不必定惟一。不一樣堆分配的內存沒法互相操做。棧空間分靜態分配和動態分配兩種。靜態分配是編譯器完成的，好比自動變量(auto)的分配。動態分配由alloca函數完成。棧的動態分配無需釋放(是自動的)，也就沒有釋放函數。爲可移植的程序起見，棧的動態分配操做是不被鼓勵的！堆空間的分配老是動態的，雖然程序結束時全部的數據空間都會被釋放回系統，可是精確的申請內存/ 釋放內存匹配是良好程序的基本要素。

    1.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。

    2.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。

    3.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。

    4.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。

    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，因而可知，初學者對此每每是混淆不清的，因此我決定拿他第一個開刀。

    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 [ebp-8],eax

    00401035    mov          eax,dword ptr [ebp-8]

    00401038    mov          dword ptr [ebp-4],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delete p麼？澳，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。

    好了，咱們回到咱們的主題：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。

    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。

    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。

另外對存取效率的比較:

代碼:

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就肯定的；

可是，在之後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。

好比：

void main()

{

    char a = 1;

    char c[] = "1234567890";

    char *p ="1234567890";

    a = c[1];

    a = p[1];

    return;

}

對應的彙編代碼

10: a = c[1];

00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]

0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl

11: a = p[1];

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，在根據edx讀取字符，顯然慢了.

    不管是堆仍是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），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，產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程當中，沒有發生上面的問題，你仍是要當心，說不定何時就崩掉,編寫穩定安全的代碼纔是最重要的。

static用來控制變量的存儲方式和可見性

       函數內部定義的變量，在程序執行到它的定義處時，編譯器爲它在棧上分配空間，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 若是想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義爲一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問範圍（使得在此函數中定義的變量，不只僅受此 函數控制）。

       須要一個數據對象爲整個類而非某個對象服務,同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。

       static的內部機制：

       靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。由於函數在程序運行中被調用，因此靜態數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。

       這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是做爲類的外部接口的頭文件，那裏有類聲明；二是類定義的內部實現，那裏有類的成員函數定義；三是應用程序的main（）函數前的全局數據聲明和定義處。

      靜態數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據成員）。類聲明只聲明一個類的「尺寸和規格」，並不進行實際的內存分配，因此在類聲 明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，由於那會形成在多個使用該類的源文件中，對其重複定義。

      static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間，靜態數據成員按定義出現的前後順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

       static的優點：

       能夠節省內存，由於它是全部對象所公有的，所以，對多個對象來講，靜態數據成員只存儲一處，供全部對象共用。靜態數據成員的值對每一個對象都是同樣，但它的 值是能夠更新的。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證全部對象存取更新後的相同的值，這樣能夠提升時間效率。

        引用靜態數據成員時，採用以下格式：

         <類名>::<靜態成員名>

    若是靜態數據成員的訪問權限容許的話(即public的成員)，可在程序中，按上述格式

來引用靜態數據成員。

       PS:

      (1)類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，因此它沒有this指針，這就致使

了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。

      (2)不能將靜態成員函數定義爲虛函數。

      (3)因爲靜態成員聲明於類中，操做於其外，因此對其取地址操做，就多少有些特殊

，變量地址是指向其數據類型的指針 ，函數地址類型是一個「nonmember函數指針」。

      (4)因爲靜態成員函數沒有this指針，因此就差很少等同於nonmember函數，結果就

產生了一個意想不到的好處：成爲一個callback函數，使得咱們得以將C++和C-based X W

indow系統結合，同時也成功的應用於線程函數身上。

      (5)static並無增長程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問

時間，節省了子類的內存空間。

      (6)靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。

      (7)靜態數據成員是靜態存儲的，因此必須對它進行初始化。

      (8)靜態成員初始化與通常數據成員初始化不一樣:

      初始化在類體外進行，而前面不加static，以避免與通常靜態變量或對象相混淆；

      初始化時不加該成員的訪問權限控制符private，public等；

           初始化時使用做用域運算符來標明它所屬類；

           因此咱們得出靜態數據成員初始化的格式：

         <數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>

      (9)爲了防止父類的影響，能夠在子類定義一個與父類相同的靜態變量，以屏蔽父類的影響。這裏有一點須要注意：咱們說靜態成員爲父類和子類共享，但咱們有 重複定義了靜態成員，這會不會引發錯誤呢？不會，咱們的編譯器採用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成惟一的標誌。

補充：new  delete［］,基本類型的對象沒有析構函數（例如 int , char ），因此回收基本類型組成的數組空間 delete  delete[] 都是應該能夠如： int p = new int[10], delete p 和delete[]p 均可 。可是對於類對象數組（如string strArr = new string[10]），只能 delete[]。對 new 的單個對象，只能 delete 不能 delete[] 回收空間 。