C C 記憶體分配

記憶體分配方式

記憶體分配方式有三種：

[1] 從靜態儲存區域分配。內存在程式編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程式的整個執行期間都存在。例如全域性變數， static 變數。

[2] 在棧上建立。在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。

[3] 從堆上分配，亦稱動態記憶體分配。程式在執行的時候用 malloc 或 new 申請任意多少的記憶體，程式設計師自己負責在何時用 free 或 delete 釋放記憶體。動態記憶體的生存期由程式設計師決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責任**它，否則執行的程式會出現記憶體洩漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產生堆內碎塊。

2. 程式的記憶體空間

乙個程式將作業系統分配給其執行的記憶體塊分為 4 個區域，如下圖所示。

**區 (code area) 程式記憶體空間

全域性資料區 (data area)

堆區 (heap area)

棧區 (stack area)

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，存放為執行函式而分配的區域性變數、函式引數、返回資料、返回位址等。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 ** 。分配方式類似於鍊錶。

3 、全域性區（靜態區）存放全域性變數、靜態資料。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（類成員函式和全域性函式）的二進位制**。

在所有函式體外定義的是全域性量，加了static修飾符後不管在**都存放在全域性區（靜態區），在所有函式體外定義的static變數表示在該檔案中有效，不能extern到別的檔案用，在函式體內定義的static表示只在該函式體內有效。另外，函數中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。

下面給出例子程式，

int a = 0; // 全域性初始化區

char *p1; // 全域性未初始化區

int main()

堆與棧的比較

1 申請方式

stack: 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。

heap: 需要程式設計師自己申請，並指明大小，在 c 中 malloc 函式， c++ 中是 new 運算子。

如 p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char[10];

如 p2 = (char *)malloc(10); p2 = new char[20];

但是注意 p1 、 p2 本身是在棧中的。

2 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。

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。

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。

3 申請大小的限制

棧：在 windows 下 , 棧是向低位址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位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 ，總之是乙個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示 overflow 。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高位址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用鍊錶來儲存的空閒記憶體位址的，自然是不連續的，而鍊錶的遍歷方向是由低位址向高位址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4 申請效率的比較

棧由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。

堆是由 new 分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片

,不過用起來最方便。

另外，在 windows 下，最好的方式是用 virtualalloc 分配記憶體，他不是在堆，也不是棧，而是直接在程序的位址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

5 堆和棧中的儲存內容

棧：在函式呼叫時，第乙個進棧的是主函式中後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的位址，然後是函式的各個引數，在大多數的 c 編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。

堆：一般是在堆的頭部用乙個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

6 訪問效率的比較

char s1 = /"a/";

char *s2 = /"b/";

a 是在執行時刻賦值的；而 b 是在編譯時就確定的；但是，在以後的訪問中，在棧上的陣列比指標所指向的字串 ( 例如堆 ) 快。比如：

int main()

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器 cl 中，而第二種則要先把指標值讀到 edx 中，再根據 edx 讀取字元，顯然慢了。

7 小結

堆和棧的主要區別由以下幾點：

1 、管理方式不同；

2 、空間大小不同；

3 、能否產生碎片不同；

4 、生長方向不同；

5 、分配方式不同；

6 、分配效率不同；

管理方式：對於棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對於堆來說，釋放工作由程式設計師控制，容易產生 memory leak 。

空間大小：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 。當然，這個值可以修改。

碎片問題：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內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的可以參考資料結構。

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。

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，比如區域性變數的分配。動態分配由 malloca 函式進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。

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。

從這裡我們可以看到，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。

無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要麼是程式崩潰，要麼是摧毀程式的堆、棧結構，產生以想不到的結果。

4.new/delete 與 malloc/free 比較

從 c++ 角度上說，使用 new 分配堆空間可以呼叫類的建構函式，而 malloc() 函式僅僅是乙個函式呼叫，它不會呼叫建構函式，它所接受的引數是乙個 unsigned long 型別。同樣， delete 在釋放堆空間之前會呼叫析構函式，而 free 函式則不會。

class time

private:

int hour;

int min;

int sec;

string name;

};time::time(int h,int m,int s,string n)

int main()

結果：call time/'s constructor by:t2

call time/'s destructor by:t2

從結果可以看出，使用 new/delete 可以呼叫物件的建構函式與析構函式，並且示例中呼叫的是乙個非預設建構函式。但在堆上分配物件陣列時，只能呼叫預設建構函式，不能呼叫其他任何建構函式

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