C++中堆和棧的區別，自由存儲區、全局/靜態存儲區和常量存儲區
文章來自一個論壇裏的回帖，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楚的變量
的存儲區。裏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，
那麼在程序結束後，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，全局變量又分爲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，程序結束後由系統自行釋
放），在C++裏面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊內存區。
常量存儲區，這是一塊比較特殊的存儲區，他們裏面存放的是常量，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
在 bbs 上，堆與棧的區分問題，似乎是一個永恆的話題，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，那麼指針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，然後調用operator new分配內存，然後返回這塊內存的首地
址，放入棧中，他在VC6下的彙編代碼如下：
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
這裏，我們爲了簡單並沒有釋放內存，那麼該怎麼去釋放呢？是delete p
麼？澳，錯了，應該是delete []p，這是爲了告訴編譯器：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；
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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，默認的棧空間大小是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，然後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意：reserve最小值爲4Byte；commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面，它設
置的較大會使棧開闢較大的值，可能增加內存的開銷和啓動時間。
碎片問題：對於堆來講，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。對於棧來講，則不會存在這個問題，因
爲棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個內
存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細
的可以參考數據結構，這裏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，也就是向着內存地址增加的方
向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向着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，它的機制是很複雜的，例如爲了分
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
由於內存碎片太多），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，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。
從這裏我們可以看到，堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容易造
成大量的內存碎片；由於沒有專門的系統支持，效率很低；由於可能引發用戶態
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和局部變量都採用棧的方式存放。所以，我們推薦大家儘量用棧，而不是用
堆。
雖然棧有如此衆多的好處，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
爲越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、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
不定什麼時候就崩掉，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？
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static用來控制變量的存儲方式和可見性
函數內部定義的變量，在程序執行到它的定義處時，編譯器爲它在棧上分配
空間，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個
問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？ 最容易想
到的方法是定義一個全局的變量，但定義爲一個全局變量有許多缺點，最明顯的
缺點是破壞了此變量的訪問範圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此 函
數控制）。
需要一個數據對象爲整個類而非某個對象服務,同時又力求不破壞類的封裝性,
即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。
static的內部機制：
靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因爲函數在程序運行中被
調用，所以靜態數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。這樣，它的空間
分配有三個可能的地方，一是作爲類的外部接口的頭文件，那裏有類聲明；二是
類定義的內部實現，那裏有類的成員函數定義；三是應用程序的main（）函數
前的全局數據聲明和定義處。
靜態數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據
成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的內存分配，所
以在類聲 明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因
爲那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重複定義。
static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空
間，靜態
數據成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌
套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。
static的優勢：
可以節省內存，因爲它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態
數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態數據成員的值對每個對象都是一樣，
但它的 值是可以更新的。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證所有對象存
取更新後的相同的值，這樣可以提高時間效率。引用靜態數據成員時，採用如下
格式：
<類名>::<靜態成員名>
如果靜態數據成員的訪問權限允許的話(即public的成員)，可在程序中，
按上述格式
來引用靜態數據成員。
ps:
(1)類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，
這就導致了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。
(2)不能將靜態成員函數定義爲虛函數。
(3)由於靜態成員聲明於類中，操作於其外，所以對其取地址操作，就多少
有些特殊，變量地址是指向其數據類型的指針 ，函數地址類型是一個
“nonmember函數指針”。
(4)由於靜態成員函數沒有this指針，所以就差不多等同於nonmember函數，
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結果就產生了一個意想不到的好處：成爲一個callback函數，使得我們得以將
c++和c-based x window系統結合，同時也成功的應用於線程函數身上。
(5)static並沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成
員的訪問時間，節省了子類的內存空間。
(6)靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。
(7)靜態數據成員是靜態存儲的，所以必須對它進行初始化。
(8)靜態成員初始化與一般數據成員初始化不同:
初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變量或對象相
混淆；
初始化時不加該成員的訪問權限控制符private，public等；
初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；
所以我們得出靜態數據成員初始化的格式：
<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>
(9)爲了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態變量，以
屏蔽父類的影響。這裏有一點需要注意：我們說靜態成員爲父類和子類共享，但
我們有 重複定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器採用
了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標誌。
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【轉】全局變量靜態變量
static 聲明的變量在C語言中有兩方面的特徵：
1)、變量會被放在程序的全局存儲區中，這樣可以在下一次調用的時候還可
以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變量和堆變量的區別。
2)、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用範圍內可見。這一
點是它與全局變量的區別。
Tips:
A.若全局變量僅在單個C文件中訪問，則可以將這個變量修改爲靜態全局變
量，以降低模塊間的耦合度；
B.若全局變量僅由單個函數訪問，則可以將這個變量改爲該函數的靜態局部變
量，以降低模塊間的耦合度；
C.設計和使用訪問動態全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量的函數時，需要
考慮重入問題；
D.如果我們需要一個可重入的函數，那麼，我們一定要避免函數中使用static
變量(這樣的函數被稱爲：帶“內部存儲器”功能的的函數)
E.函數中必須要使用static變量情況:比如當某函數的返回值爲指針類型時，則
必須是static的局部變量的地址作爲返回值，若爲auto類型，則返回爲錯指針。
函數前加static使得函數成爲靜態函數。但此處“static”的含義不是指存儲
方式，而是指對函數的作用域僅侷限於本文件(所以又稱內部函數)。使用內部函
數的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自己定義的函數，是否會與
其它文件中的函數同名。
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擴展分析:術語static有着不尋常的歷史.起初，在C中引入關鍵字static是爲
了表示退出一個塊後仍然存在的局部變量。隨後，static在C中有了第二種含
義：用來表示不能被其它文件訪問的全局變量和函數。爲了避免引入新的關鍵字，
所以仍使用static關鍵字來表示這第二種含義。最後，C++重用了這個關鍵字，
並賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬於一個類而不是屬於此類的任何特定
對象的變量和函數(與Java中此關鍵字的含義相同)。
全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量和局部變量的區別
變量可以分爲：全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量和局部變量。
按存儲區域分，全局變量、靜態全局變量和靜態局部變量都存放在內存的靜態
存儲區域，局部變量存放在內存的棧區。
按作用域分，全局變量在整個工程文件內都有效；靜態全局變量只在定義它的
文件內有效；靜態局部變量只在定義它的函數內有效，只是程序僅分配一次內存，
函數返回後，該變量不會消失；局部變量在定義它的函數內有效，但是函數返回
後失效。
全局變量(外部變量)的說明之前再冠以static 就構成了靜態的全局變量。全局
變量本身就是靜態存儲方式， 靜態全局變量當然也是靜態存儲方式。 這兩者在
存儲方式上並無不同。這兩者的區別雖在於非靜態全局變量的作用域是整個源程
序， 當一個源程序由多個源文件組成時，非靜態的全局變量在各個源文件中都
是有效的。 而靜態全局變量則限制了其作用域， 即只在定義該變量的源文件內
有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由於靜態全局變量的作用域
侷限於一個源文件內，只能爲該源文件內的函數公用， 因此可以避免在其它源
文件中引起錯誤。
從以上分析可以看出， 把局部變量改變爲靜態變量後是改變了它的存儲方
式即改變了它的生存期。把全局變量改變爲靜態變量後是改變了它的作用域， 限
制了它的使用範圍。
static函數與普通函數作用域不同。僅在本文件。只在當前源文件中使用
的函數應該說明爲內部函數(static)，內部函數應該在當前源文件中說明和定
義。對於可在當前源文件以外使用的函數，應該在一個頭文件中說明，要使用這
些函數的源文件要包含這個頭文件
static全局變量與普通的全局變量有什麼區別：static全局變量只初使化一
次，防止在其他文件單元中被引用;
static局部變量和普通局部變量有什麼區別：static局部變量只被初始化一
次，下一次依據上一次結果值；
static函數與普通函數有什麼區別：static函數在內存中只有一份，普通函
數在每個被調用中維持一份拷貝
全局變量和靜態變量如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化爲0。局部變量
的值不可知。
堆和棧 內存分配中堆棧和堆有什麼區別呀？
對了!這就是說動態分配內存時我們採用了 Heap,
靜態時就可以使用stack。
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VCL 的對象因此必須使用new 來分配內存，
TForm form；這樣的寫法在VCL 中絕對不允許。
下面 Copy paste 一下
所有的 VCL 對象都通過指針進行引用。C++ Builder 中不存在任何VCL 類的任何靜態或局部實例，從
表面上看，這主要與VCL 是從Object Pascal 演變而來有關，而真正的深層次原因是由面向對象技術的關
聯與委託模型決定的。
基於性能和內存高效分配的原因，在堆(heap)中分配對象比在棧(stack)中分配對象的效率要高。
因此，Delphi 最大限度地簡化了語言的語法，強制用戶必須在堆中分配對象。因爲 Pascal 的高度機構性，
程序員所面臨的指針問題比C++要簡單得多。VCL 對象的構造函數自動在堆中分配對象而不需要指針的參
與。對於程序員來說，沒有複雜指針的 Delphi 確實好用，但程序員必須記住，沒有指針事實上意味着指針
無處不在——Delphi 根本就不允許程序員創建任何一個非指針的對象！注意，所有的其他數據類型，諸如
字符串、整數、數組和結構（記錄）等，都可以生命爲靜態的或動態的，此項限制僅適用於對象。
例如以下代碼：
var
T: ^TObject;
begin
T := New(TObject, Create);
........
T^.Free;
end;
上述代碼在 Delphi 中是不可能編譯通過的。但它事實上就是 Delphi 處理對象的方式。Delphi 對對
象聲明語法的簡化使程序員使用起來更簡單。上述代碼應改爲：
var
T: TObject;
begin
T := TObject.Create;
.....
T.Free;
end;
上述兩段代碼並不相同，按照程序員對C++的理解，它們不應該生成相同的機器碼。但事實上，
要是前一段代碼在 Delphi 中能夠編譯通過的話，它們的機器碼是完全相同的。
union 和 struct 的區別
union UTest {
double dlOne;
char chOne;
byte bArray[4];
};
好了，看到上面的定義，很像 struct 的定義，但是對於union 來說，有幾點是值
得注意的：不能直接對其進行初始化；某個時候只能使用其中的一個元素；最後一點也是最
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重要的一點就是內存共享，分配給 union 內存的Size 是其中 Size 最大的那個元素的 Size。
說到這裏，既然union 最重要的是內存共享，那麼我們做如下定義：union UTest tEle;然後賦
值：tEle.dlOne = 2.0f;現在是 dlOne 可用，下一步：tEle.chOne = 'A'；到這裏dlOne 失去了其
意義，chOne 變得可用。
然後，我們再來看看 Struct，在struct 中每一個元素都是分配內存的，而且都是
有單獨意義的，也就是說對一個變量的賦值並不影響其它變量的取值。到這裏，各位應該明
白這兩者之間的區別了吧，事實上我個人認爲，它們最主要的區別是在內存的分配和使用上。
知道這一點，一切也就不難理解了。
最後，在使用 union 的時候，可能有時候我們會來用其來對字節流進行分解和
重組，這樣使用的時候一定要注意各種內存對數據的存儲，比如 Intel 是按高高低低的原則
存儲的，有些則是相反的。因此，這點因該值得注意，否則得到的可能和預期的結果不一樣。
舉例：使用union 結構輸出主機字節序
int main ( void ) { union { short s; char c[sizeof(shor)]; }un; un.s = 0x0102; printf ( "%s:",
CPU_VENDOR_OS ); if ( 2==sizeof(short) ) { if ( 1==un.c[0] && 2==un.c[1]) { printf
( "big-endian\n" ); } else if ( 2==un.c[0] && 1==un.c[1] ) { printf ( "little-endian\n" ); } else
{ printf ( "unknown\n" ); } } else { printf ( "sizeof(short) = %d\n", sizeof(short) ); } return 0; }
本 文 來 自 CSDN 博 客 ， 轉 載 請 標 明 出 處 ：
http://blog.csdn.net/lvyexiaozi/archive/2008/07/07/2621694.aspx
一、預備知識—程序的內存分配 一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分爲以下幾個部分 1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。 2、堆區（heap） — 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表，呵呵。 3、全局區（靜態區）（static）—，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，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和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。
- 程序結束後有系統釋放 4、文字常量區 —常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放 5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。
二、例子程序 這是一個前輩寫的，非常詳細 //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 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); 分配得來得10和20字節的區域就在堆區。 strcpy(p1,
"123456"); 123456放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。 }
二、堆和棧的理論知識
2.1申請方式 stack: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間 heap: 需要程序員自己申請，並指明大小，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。
2.2 申請後系統的響應 棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。 堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時， 會遍歷該鏈表，尋找第一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鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。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鏈表中。
2.3申請大小的限制 棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地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，總之是一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：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。
2.4申請效率的比較： 棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。 堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活
2.5堆和棧中的存儲內容 棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。 當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。 堆：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。 2.6存取效率的比較 char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的； 而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的； 但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。 比如： #include void main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char *p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return; }
對應的彙編代碼 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符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據edx讀取字符，顯然慢了。
2.7小結： 堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出： 使用棧就象我們去飯館裏吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。 使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。 堆和棧的區別主要分： 操作系統方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。 還有就是數據結構方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這裏的堆實際上指的就是（滿足堆性質的）優先隊列的一種數據結構，第1個元素有最高的優先權；棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或數據結構。
雖然堆棧，堆棧的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連着叫只是由於歷史的原因。