c c 記憶體分配(棧與堆的區別)

2021-06-19 02:44:12 字數 3911 閱讀 8320

一、在c++中,記憶體分成5個區,他們分別是堆、棧、自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區。

1.棧,就是那些由編譯器在需要的時候分配,在不需要的時候自動清楚的變數的儲存區。裡面的變數通常是區域性變數、函式引數等。

2.堆,就是那些由new分配的記憶體塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程式去控制,一般乙個new就要對應乙個delete。如果程式設計師沒有釋放掉,那麼在程》序結束後,作業系統會自動**。

3.自由儲存區,就是那些由malloc等分配的記憶體塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。

4.全域性/靜態儲存區,全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中,在以前的c語言中,全域性變數又分為初始化的和未初始化的,在c++裡面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊記憶體區。

5.常量儲存區,這是一塊比較特殊的儲存區,他們裡面存放的是常量,不允許修改 例如:const 定義的變數(當然,你要通過非正當手段也可以修改)

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,函式中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。比如:

**:int a = 0; //全域性初始化區

char *p1; //全域性未初始化區

main()

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、

現在來談談堆與棧的關係與區別:

具體地說,現代計算機(序列執行機制),都直接在**底層支援棧的資料結構。這體現在,有專門的暫存器指向棧所在的位址,有專門的機器指令完成資料入棧出》棧的操作。這種機制的特點是效率高,支援的資料有限,一般是整數,指標,浮點數等系統直接支援的資料型別,並不直接支援其他的資料結構。因為棧的這種特》點,對棧的使用在程式中是非常頻繁的。對子程式的呼叫就是直接利用棧完成的。機器的call指令裡隱含了把返回位址推入棧,然後跳轉至子程式位址的操作,而》子程式中的ret指令則隱含從堆疊中彈出返回位址並跳轉之的操作。c/c++中的自動變數是直接利用棧的例子,這也就是為什麼當函式返回時,該函式的自動變數自》動失效的原因。

和棧不同,堆的資料結構並不是由系統(無論是機器系統還是作業系統)支援的,而是由函式庫提供的。基本的malloc/realloc/free函式維護了一套內部的堆資料》結構。當程式使用這些函式去獲得新的記憶體空間時,這套函式首先試圖從內部堆中尋找可用的記憶體空間,如果沒有可以使用的記憶體空間,則試圖利用系統呼叫來動》態增加程式資料段的記憶體大小,新分配得到的空間首先被組織進內部堆中去,然後再以適當的形式返回給呼叫者。當程式釋放分配的記憶體空間時,這片記憶體空間被》返回內部堆結構中,可能會被適當的處理(比如和其他空閒空間合併成更大的空閒空間),以更適合下一次記憶體分配申請。這套複雜的分配機制實際上相當於乙個內》存分配的緩衝池(cache),使用這套機制有如下若干原因:

1.系統呼叫可能不支援任意大小的記憶體分配。有些系統的系統呼叫只支援固定大小及其倍數的記憶體請求(按頁分配);這樣的話對於大量的小記憶體分類來說會造成浪費。

2. 系統呼叫申請記憶體可能是代價昂貴的。系統呼叫可能涉及使用者態和核心態的轉換。

3. 沒有管理的記憶體分配在大量複雜記憶體的分配釋放操作下很容易造成記憶體碎片。

堆和棧的對比:

1.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,詳細的可以》參考資料結構,這裡我們就不再一一討論了。

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,比如區域性變數的分配。動態分配由alloca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。

4.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。

5、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memoryleak

明確區分堆與棧:

在bbs上,堆與棧的區分問題,似乎是乙個永恆的話題,由此可見,初學者對此往往是混淆不清的,所以我決定拿他第乙個開刀。

首先,我們舉乙個例子:

void f()

這條短短的一句話就包含了堆與棧,看到new,我們首先就應該想到,我們分配了一塊堆記憶體,那麼指標p呢?他分配的是一塊棧記憶體,所以這句話的意思就是:在棧記憶體中存放了乙個指向一塊堆記憶體的指標p。在程式會先確定在堆中分配記憶體的大小,然後呼叫operatornew分配記憶體,然後返回這塊記憶體的首位址,放入棧中,他在vc6下的彙編**如下:

00401028 

push 

14h0040102a 

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

這裡,我們為了簡單並沒有釋放記憶體,那麼該怎麼去釋放呢?是delete p麼?澳,錯了,應該是deletep,這是為了告訴編譯器:我刪除的是乙個陣列,vc6>就會根據相應的cookie資訊去進行釋放記憶體的工作。

好了,我們回到我們的主題:堆和棧究竟有什麼區別?

另外對訪問效率的比較:

**:char s1 = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的;

而bbbbbbbbbbb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:#include

void main()

對應的彙編**

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,在根據edx讀取字元,顯然慢了.

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,就算是在你的程式執行過程中,沒有發生上面的問題,你還是要小心,說不定什麼時候就崩掉,編寫穩定安全的**才是最重要的:)

記憶體分配堆與棧的區別

堆 heap 與棧 stack 是開發人員必須面對的兩個概念,在理解這兩個概念時,需要放到具體的場景下,因為不同場景下,堆與棧代表不同的含義。一般情況下,有兩層含義 1 程式記憶體布局場景下,堆與棧表示兩種記憶體管理方式 2 資料結構場景下,堆與棧表示兩種常用的資料結構。1.程式記憶體分割槽中的堆與...

C C 堆和棧理解與記憶體分配

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,如果還不清楚,那麼就把它想成陣列,它的記憶體分配是連續分配的,即,所分配的記憶體是在一塊連續的記憶體區域內 當我們宣告變數時,那麼編譯...

記憶體分配及堆與棧的區別

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.從堆疊上分配。函式內的區域性變數的儲存單元,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...