程式設計記憶體分布

2021-06-23 05:15:58 字數 4033 閱讀 7779

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。

一.簡介:

1.棧,就是那些由編譯器在需要的時候分配,在無需的時候自動清除的變數的儲存區。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。假如程式設計師沒有釋放掉,那麼在程式結束後,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,但是他是用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,他們一起占用同一塊記憶體區。

5.常量儲存區,這是一塊比較特別的儲存區,他們裡面存放的是常量,不允許修改(當然,您要通過非正當手段也能夠修改,而且方法很多,在《const的思考》一文中,我給出了6種方法)

二.明確區分堆和棧

在bbs上,堆和棧的區分問題,似乎是個永恆的話題,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和棧,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operator new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 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?噢,錯了,應該是delete p,這是為了告訴編譯器:我刪除的是個陣列,vc6就會根據相應的cookie資訊去進行釋放記憶體的工作。

過程解析:

類 物件名(控制代碼) = new 類();

控制代碼分布在棧記憶體上,記錄內容存放的堆的記憶體首位址

好了,我們回到我們的主題:堆和棧究竟有什麼區別?

主要的區別由以下幾點:

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,堆記憶體能夠達到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(似乎是,記不清楚了)。當然,我們能夠修改:

開啟工程,依次操作選單如下:project->setting->link,在category 中選中output,然後在reserve中設定堆疊的最大值和commit。

注意:reserve最小值為4byte;commit是保留在虛擬記憶體的頁文件裡面,他配置的較大會使棧開闢較大的值,可能增加記憶體的開銷和啟動時間。

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被彈出,周詳的能夠參考資料結構,這裡我們就不再一一討論了。

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,他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。

分配效率:棧是機器系統提供的資料結構,電腦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,他的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法能夠參考資料結構/作業系統)在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間,假如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。

從這裡我們能夠看到,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轉換,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(除非您是故意使其越界),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,就算是在您的程式執行過程中,沒有發生上面的問題,您還是要小心,說不定什麼時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的:)

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  

如p1 = (char *)malloc(10);  

在c++中用new運算子  

如p2 = (char *)malloc(10);  

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,另外,對於大多數系統,

會在這塊內 存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。 

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。

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先看一下測試 include include int g val int g ival 5 char g ptr char g iptr hongchunhua static int s val static int s ival 5 int print add int val int main 輸...

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