程式的記憶體分配

一、程式的記憶體分配

乙個由c/c++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分：

1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

2、堆區（heap） — 一般由程式設計師分配釋放，若程式設計師不釋放，程式結束時可能由os** 。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鍊錶。

3、全域性區（靜態區）（static）— 全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域，未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。程式結束後有系統釋放

4、文字常量區 — 常量字串就是放在這裡的。程式結束後由系統釋放。

5、程式**區 — 存放函式體的二進位制**。

二、例子程式

//main.cpp

int a = 0; 全域性初始化區

char *p1; 全域性未初始化區

main()

int b;// 棧

char s = "abc"; //棧

char *p2; //棧

char *p3 = "123456"; 123456/0";//在常量區，p3在棧上。

static int c =0； //全域性（靜態）初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

//分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。

strcpy(p1, "123456"); //123456/0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成乙個地方。

三、從作用域看：

全域性變數具有全域性作用域。全域性變數只需在乙個原始檔中定義，就可以作用於所有的原始檔。當然，其他不包含全域性變數定義的原始檔需要用extern 關鍵字再次宣告這個全域性變數。

區域性變數也只有區域性作用域，它是自動物件（auto），它在程式執行期間不是一直存在，而是只在函式執行期間存在，函式的一次呼叫執行結束後，變數被撤銷，其所占用的記憶體也被收回。

靜態區域性變數具有區域性作用域，它只被初始化一次，自從第一次被初始化直到程式執行結束都一直存在，它和全域性變數的區別在於全域性變數對所有的函式都是可見的，而靜態區域性變數只對定義自己的函式體始終可見。

靜態全域性變數也具有全域性作用域，它與全域性變數的區別在於如果程式包含多個檔案的話，它作用於定義它的檔案裡，不能作用到其它檔案裡，即被static關鍵字修飾過的變數具有檔案作用域。這樣即使兩個不同的原始檔都定義了相同名字的靜態全域性變數，它們也是不同的變數。

從分配記憶體空間看：

全域性變數，靜態區域性變數，靜態全域性變數都在靜態儲存區分配空間，而區域性變數在棧裡分配空間。

從以上分析可以看出，把區域性變數改變為靜態變數後是改變了它的儲存方式即改變了它的生存期。把全域性變數改變為靜態變數後是改變了它的作用域，限制了它的使用範圍。因此static 這個說明符在不同的地方所起的作用是不同的。

四、總的來說就是：

1、生存週期不同

2、作用範圍不同

3、分配方式不同

再來看下堆和棧的不同：

1、分配方式不同；

2、空間大小不同；

3、分配效率不同；

4、能否產生碎片不同；

5、生長方向不同；

1、分配方式不同棧:

由系統自動分配。例如，宣告在函式中乙個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間

堆:需要程式設計師自己申請，並指明大小，在c中malloc函式

如p1 = (char *)malloc(10);

在c++中用new運算子

如p2 = (char *)new(10);

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2、空間大小不同

一般來講在32位系統下，堆記憶體可以達到4g的空間，從這個角度來看堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在vc6下面，預設的棧空間大小是1m。

3、分配效率

棧是機器系統提供的資料結構，計算機會在底層對棧提供支援：分配專門的暫存器存放棧的位址，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++函式庫提供的，它的機制是很複雜的，例如為了分配一塊記憶體，庫函式會按照一定的演算法（具體的演算法可以參考資料結構/作業系統）在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於記憶體碎片太多），就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間，這樣就有機會分到足夠大小的記憶體，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

4、碎片問題

棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢位。

堆：首先應該知道作業系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶，當系統收到程式的申請時，

會遍歷該鍊錶，尋找第乙個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點鍊錶中刪除，並將該結點的空間分配給程式，另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次分配的大小，這樣，**中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鍊錶中。

對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程式效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進後出的佇列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有乙個記憶體塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出。

5、生長方向

對於堆來講，生長方向是向上的，也就是向著記憶體位址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向著記憶體位址減小的方向增長。

堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容易造成大量的記憶體碎片；由於沒有專門的系統支援，效率很低；由於可能引發使用者態和核心態的切換，記憶體的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最廣泛的，就算是函式的呼叫也利用棧去完成，函式呼叫過程中的引數，返回位址，ebp和區域性變數都採用棧的方式存放。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，但是由於和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的記憶體空間，還是用堆好一些。

程式的記憶體分配

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