内存分配——栈、堆、静态区、符号区等等

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为如下几个部分
一、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操做方式相似于数据结构中的栈。
二、堆区（heap） — 通常由程序员分配释放 ， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式却是相似于链表。
三、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另外一块区域(BSS)。 - 程序结束后由系统释放
四、文字常量区 — 常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
五、程序代码区— 存放函数体的二进制代码。

2、例子程序
这是一个前辈写的，很是详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456在常量区，p3在栈上。
static int c =0； 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

2、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
须要程序员本身申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);
可是注意p一、p2自己是在栈中的。

2.2
申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，不然将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操做系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，而后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的 delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，因为找到的堆结点的大小不必定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分从新放入空闲链表中。

2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就肯定的常数），若是申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。所以，能从栈得到的空间较小。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是因为系统是用链表来存储的空闲内存地址的，天然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。因而可知，堆得到的空间比较灵活，也比较大。

2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是没法控制的。
堆是由new分配的内存，通常速度比较慢，并且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。可是速度快，也最灵活。

2.5堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，而后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，而后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，而后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：通常是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

2.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa 是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就肯定的；
可是，在之后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
好比：
#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
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
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。

2.7小结：
堆和栈的区别能够用以下的比喻来看出：
使用栈就象咱们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，没必要理会切菜、洗菜等准备工做和洗碗、刷锅等扫尾工做，他的好处是快捷，可是自由度小。
使用堆就象是本身动手作喜欢吃的菜肴，比较麻烦，可是比较符合本身的口味，并且自由度大。
一、内存分配方面：

    堆：通常由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式是相似于链表。可能用到的关键字以下：new、malloc、delete、free等等。

    栈：由编译器(Compiler)自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操做方式相似于数据结构中的栈。

二、申请方式方面：

    堆：须要程序员本身申请，并指明大小。在c中malloc函数如p1 = (char *)malloc(10)；在C++中用new运算符，可是注意p一、p2自己是在栈中的。由于他们仍是能够认为是局部变量。

    栈：由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b；系统自动在栈中为b开辟空间。

三、系统响应方面：

    堆：操做系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，而后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外因为找到的堆结点的大小不必定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分从新放入空闲链表中。

    栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，不然将报异常提示栈溢出。

四、大小限制方面：

    堆：是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是因为系统是用链表来存储的空闲内存地址的，天然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。因而可知，堆得到的空间比较灵活，也比较大。

    栈：在Windows下, 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是固定的（是一个编译时就肯定的常数），若是申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。所以，能从栈得到的空间较小。

五、效率方面：

    堆：是由new分配的内存，通常速度比较慢，并且容易产生内存碎片，不过用起来最方便，另外，在WINDOWS下，最好的方式是用 VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。可是速度快，也最灵活。

    栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是没法控制的。

六、存放内容方面：

    堆：通常是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

    栈：在函数调用时第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址而后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈，而后是函数中的局部变量。 注意: 静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，而后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

七、存取效率方面：

    堆：char *s1 = "Hellow Word"；是在编译时就肯定的；

    栈：char s1[] = "Hellow Word"； 是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，由于指针在底层汇编中须要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

 

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在C++中，内存分红5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

　　栈，就是那些由编译器在须要的时候分配，在不须要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量一般是局部变量、函数参数等。

　　堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由咱们的应用程序去控制，通常一个new就要对应一个delete。若是程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操做系统会自动回收。

　　自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分类似的，不过它是用free来结束本身的生命的。

　　全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在之前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

　　常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不容许修改（固然，你要经过非正当手段也能够修改，并且方法不少，在《const的思考》一文中，我给出了6种方法）

　　明确区分堆与栈

　　在bbs上，堆与栈的区分问题，彷佛是一个永恒的话题，因而可知，初学者对此每每是混淆不清的，因此我决定拿他第一个开刀。

　　首先，咱们举一个例子：

void f() { int* p=new int[5]; }

　　这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，咱们首先就应该想到，咱们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，因此这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先肯定在堆中分配内存的大小，而后调用operator new分配内存，而后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码以下：

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

　　这里，咱们为了简单并无释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工做。

　　好了，咱们回到咱们的主题：堆和栈究竟有什么区别？

　　主要的区别由如下几点：

　　1、管理方式不一样；

　　2、空间大小不一样；

　　3、可否产生碎片不一样；

　　4、生长方向不一样；

　　5、分配方式不一样；

　　6、分配效率不一样；

　　管理方式：对于栈来说，是由编译器自动管理，无需咱们手工控制；对于堆来讲，释放工做由程序员控制，容易产生memory leak。

　　空间大小：通常来说在32位系统下，堆内存能够达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。可是对于栈来说，通常都是有必定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。固然，咱们能够修改：

　　打开工程，依次操做菜单以下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，而后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。

　　注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增长内存的开销和启动时间。

　　碎片问题：对于堆来说，频繁的new/delete势必会形成内存空间的不连续，从而形成大量的碎片，使程序效率下降。对于栈来说，则不会存在这个问题，由于栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以致于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出以前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的能够参考数据结构，这里咱们就再也不一一讨论了。

　　生长方向：对于堆来说，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增长的方向；对于栈来说，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减少的方向增加。

　　分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，好比局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，可是栈的动态分配和堆是不一样的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需咱们手工实现。

　　分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照必定的算法（具体的算法能够参考数据结构/操做系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，若是没有足够大小的空间（多是因为内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增长程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，而后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

　　从这里咱们能够看到，堆和栈相比，因为大量new/delete的使用，容易形成大量的内存碎片；因为没有专门的系统支持，效率很低；因为可能引起用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。因此栈在程序中是应用最普遍的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程当中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。因此，咱们推荐你们尽可能用栈，而不是用堆。

　　虽然栈有如此众多的好处，可是因为和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，仍是用堆好一些。

　　不管是堆仍是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），由于越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程当中，没有发生上面的问题，你仍是要当心，说不定何时就崩掉，那时候debug但是至关困难的：）

 

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