C++ 堆、栈、自由存储区、全局静态存储区和常量存储区
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
C++ 堆、栈、自由存储区、全局静态存储区和常量存储区
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
文章來自一個論壇里的回帖,哪個論壇記不得了!????在C++中,內存分成5個區,他們分別是堆、棧、自由存儲區、全局/靜態存儲區和常量存儲區。
????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除的變量存儲區。里面的變量通常是局部變量、函數參數等。
????堆,就是那些由new分配的內存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉,那么在程序結束后,操作系統會自動回收。
????自由存儲區,就是那些由malloc等分配的內存塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。
????全局/靜態存儲區,全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中,在以前的C語言中,全局變量又分為初始化的和未初始化的(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與靜態變量在相鄰的另一塊區域,同時未被初始化的對象存儲區可以通過void*來訪問和操縱,程序結束后由系統自行釋放),在C++里面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊內存區。
????常量存儲區,這是一塊比較特殊的存儲區,他們里面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過非正當手段也可以修改,而且方法很多)
明確區分堆與棧//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main()
{
int b; /// 棧
char s[] = "abc"; /// 棧
char *p2; /// 棧
char *p3 = "123456"; /// 123456在常量區,p3在棧上。
static int c =0; /// 全局(靜態)初始化區/// p1與p2在棧區,malloc分配得來的10和20字節的區域就在堆區。
char *p1 = (char *)malloc(10);
char *p2 = (char *)malloc(20);/// 123456放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
strcpy(p1, "123456");}?存放在堆區和棧區的問題
棧在被調函數啟用時,該函數中的相關非靜態變量或指針存放大其中,malloc分配的內存空間放到堆區,但malloc分配的后返回的指針在棧區。
堆和棧的理論知識
申請方式
棧stack:
由系統自動分配。 例如,聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間
堆heap:
需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。
????在bbs上,堆與棧的區分問題,似乎是一個永恒的話題,由此可見,初學者對此往往是混淆不清的,所以我決定拿他第一個開刀。
????首先,我們舉一個例子:
????void f() { int* p=new int[5]; }
????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,我們分配了一塊堆內存,那么指針p呢?他分配的是一塊棧內存,所以這句話的意思就是:在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內存的大小,然后調用operator new分配內存,然后返回這塊內存的首地址,放入棧中,他在VC6下的匯編代碼如下:
????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
????這里,我們為了簡單并沒有釋放內存,那么該怎么去釋放呢?是delete p么?噢,錯了,應該是delete []p,這是為了告訴編譯器:我刪除的是一個數組,VC6就會根據相應的Cookie信息去進行釋放內存的工作。
????好了,我們回到我們的主題:堆和棧究竟有什么區別?
????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:對于棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對于堆來說,釋放工作由程序員控制,容易產生memory leak。
????空間大小:一般來講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的??臻g大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:???
????打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內存的頁文件里面,它設置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內存的開銷和啟動時間。
????碎片問題:對于堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對于棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進后出的隊列,他們是如此的一一對應,以至于永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的后進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考數據結構,這里我們就不再一一討論了。
????生長方向:對于堆來講,生長方向是向上的,也就是向著內存地址增加的方向;對于棧來講,它的生長方向是向下的,是向著內存地址減小的方向增長。
????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,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,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數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,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++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然后進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
????從這里我們可以看到,堆和棧相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片;由于沒有專門的系統支持,效率很低;由于可能引發用戶態和核心態的切換,內存的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數的調用也利用棧去完成,函數調用過程中的參數,返回地址,EBP和局部變量都采用棧的方式存放。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,但是由于和堆相比不是那么靈活,有時候分配大量的內存空間,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),因為越界的結果要么是程序崩潰,要么是摧毀程序的堆、棧結構,產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程中,沒有發生上面的問題,你還是要小心,說不定什么時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的:)
????對了,還有一件事,如果有人把堆棧合起來說,那它的意思是棧,可不是堆,呵呵,清楚了?
????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除的變量存儲區。里面的變量通常是局部變量、函數參數等。
????堆,就是那些由new分配的內存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉,那么在程序結束后,操作系統會自動回收。
????自由存儲區,就是那些由malloc等分配的內存塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。
????全局/靜態存儲區,全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中,在以前的C語言中,全局變量又分為初始化的和未初始化的(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與靜態變量在相鄰的另一塊區域,同時未被初始化的對象存儲區可以通過void*來訪問和操縱,程序結束后由系統自行釋放),在C++里面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊內存區。
????常量存儲區,這是一塊比較特殊的存儲區,他們里面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過非正當手段也可以修改,而且方法很多)
明確區分堆與棧//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main()
{
int b; /// 棧
char s[] = "abc"; /// 棧
char *p2; /// 棧
char *p3 = "123456"; /// 123456在常量區,p3在棧上。
static int c =0; /// 全局(靜態)初始化區/// p1與p2在棧區,malloc分配得來的10和20字節的區域就在堆區。
char *p1 = (char *)malloc(10);
char *p2 = (char *)malloc(20);/// 123456放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
strcpy(p1, "123456");}?存放在堆區和棧區的問題
棧在被調函數啟用時,該函數中的相關非靜態變量或指針存放大其中,malloc分配的內存空間放到堆區,但malloc分配的后返回的指針在棧區。
堆和棧的理論知識
申請方式
棧stack:
由系統自動分配。 例如,聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間
堆heap:
需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。
????在bbs上,堆與棧的區分問題,似乎是一個永恒的話題,由此可見,初學者對此往往是混淆不清的,所以我決定拿他第一個開刀。
????首先,我們舉一個例子:
????void f() { int* p=new int[5]; }
????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,我們分配了一塊堆內存,那么指針p呢?他分配的是一塊棧內存,所以這句話的意思就是:在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內存的大小,然后調用operator new分配內存,然后返回這塊內存的首地址,放入棧中,他在VC6下的匯編代碼如下:
????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
????這里,我們為了簡單并沒有釋放內存,那么該怎么去釋放呢?是delete p么?噢,錯了,應該是delete []p,這是為了告訴編譯器:我刪除的是一個數組,VC6就會根據相應的Cookie信息去進行釋放內存的工作。
????好了,我們回到我們的主題:堆和棧究竟有什么區別?
????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:對于棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對于堆來說,釋放工作由程序員控制,容易產生memory leak。
????空間大小:一般來講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的??臻g大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:???
????打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內存的頁文件里面,它設置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內存的開銷和啟動時間。
????碎片問題:對于堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對于棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進后出的隊列,他們是如此的一一對應,以至于永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的后進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考數據結構,這里我們就不再一一討論了。
????生長方向:對于堆來講,生長方向是向上的,也就是向著內存地址增加的方向;對于棧來講,它的生長方向是向下的,是向著內存地址減小的方向增長。
????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,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,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數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,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++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然后進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
????從這里我們可以看到,堆和棧相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片;由于沒有專門的系統支持,效率很低;由于可能引發用戶態和核心態的切換,內存的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數的調用也利用棧去完成,函數調用過程中的參數,返回地址,EBP和局部變量都采用棧的方式存放。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,但是由于和堆相比不是那么靈活,有時候分配大量的內存空間,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),因為越界的結果要么是程序崩潰,要么是摧毀程序的堆、棧結構,產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程中,沒有發生上面的問題,你還是要小心,說不定什么時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的:)
????對了,還有一件事,如果有人把堆棧合起來說,那它的意思是棧,可不是堆,呵呵,清楚了?
總結
以上是生活随笔為你收集整理的C++ 堆、栈、自由存储区、全局静态存储区和常量存储区的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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