內存分配 知識,全局，局部，靜態變量

內存分配 知識,全局，局部，靜態變量

預備知識—程序的內存分配 

一個由C/C++編譯的程序佔用的內存分爲如下幾個部分 

一、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。 

二、堆區（heap） — 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 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表，呵呵。

三、全局區（靜態區）（static）—，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。 - 程序結束後有系統釋放 

四、文字常量區 —常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放 

五、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

一個正常的程序在內存中一般分爲程序段，數據端和堆棧三部分。程序段裏放着程序的機器碼和只讀數據，這個段一般是隻讀，對它的寫操做是非法的。數據段放的是程序中的靜態數據。動態數據則經過堆棧來存放。在內存中，它們的位置以下： 

+------------------+ 內存低端 

| 程序段 | 

|------------------| 

| 數據段 | 

|------------------| 

| 堆棧     | 

+------------------+ 內存高端 

堆棧是內存中的一個連續的塊。一個叫堆棧指針的寄存器（SP）指向堆棧的棧頂。堆棧的底部是一個固定地址。堆棧有一個特色就是，後進先出。也就是說，後放入的數據第一個取出。它支持兩個操做，PUSH和POP。PUSH是將數據放到棧的頂端，POP是將棧頂的數據取出。

在高級語言中，程序函數調用和函數中的臨時變量都用到堆棧。爲何呢？由於在調用一個函數時，咱們須要對當前的操做進行保護，也爲了函數執行後，程序能夠正確的找到地方繼續執行，因此參數的傳遞和返回值也用到了堆棧。一般對局部變量的引用是經過給出它們對SP的偏移量來實現的。另外還有一個基址指針（FP，在Intel芯片中是BP），許多編譯器其實是用它來引用本地變量和參數的。一般，參數的相對FP的偏移是正的，局部變量是負的。 

當程序中發生函數調用時，計算機作以下操做：首先把參數壓入堆棧；而後保存指令寄存器(IP)中的內容，作爲返回地址(RET)；第三個放入堆棧的是基址寄存器(FP)；而後把當前的棧指針(SP)拷貝到FP，作爲新的基地址；最後爲本地變量留出必定空間，把SP減去適當的數值。 

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。

對比：

1 性能

棧：棧存在於RAM中。棧是動態的，它的存儲速度是第二快的。stack

堆：堆位於RAM中，是一個通用的內存池。全部的對象都存儲在堆中。heap

2 申請方式

stack: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間 

heap: 須要程序員本身申請，並指明大小，在c中malloc函數 如p1 = (char *)malloc(10); 

在C++中用new運算符 如p2 = (char *)malloc(10); 可是注意p一、p2自己是在棧中的。

3 申請後系統的響應

棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。 

堆：首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時， 

會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內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存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。

4 申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小。 

堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是因爲系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。

5 申請效率的比較

棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是沒法控制的。 

堆是由new分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片,不過用起來最方便. 

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。可是速度快，也最靈活。

6 堆和棧中的存儲內容

棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。 

當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。 

堆：通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

7 存取效率的比較

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： 

#include 

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。 

小結： 

堆和棧的區別能夠用以下的比喻來看出： 

使用棧就象咱們去飯館裏吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，沒必要理會切菜、洗菜等準備工做和洗碗、刷鍋等掃尾工做，他的好處是快捷，可是自由度小。 

使用堆就象是本身動手作喜歡吃的菜餚，比較麻煩，可是比較符合本身的口味，並且自由度大。

全局變量、靜態數據、常量存放在全局數據區，全部函數的代碼存放在代碼區，爲運行函數而分配的局部變量、函數參數、返回數據、返回地址等存放在棧區。   

因此在同一個進程裏，多個任務（線程）的全局變量和靜態變量都應該是共享同一塊內存（全局數據區）   

而在不一樣的進程裏，從新加載了代碼，各個進程間的全局變量和靜態變量固然不是擁有同一塊內存。   

在psos下，各個任務是不一樣的線程，因此各個任務的全局變量和靜態變量是在同一塊內存。而個人另外一個程序中（在sco unix），是每次運行都是一個新的進程，因此各個進程的全局變量和靜態變量擁有不一樣的內存