参考博客：https://blog.csdn.net/jing0611/article/details/4030237
在最开始的学习中，老师一直在说一个关于C++的话题。C++是一个极度追求性能的语言。
通过学习，这不是开玩笑，在我所学习的语言中，对内存的使用有如此的执着的“较真”也就是C++了。
因为性能的缘故，一个内存不合理的分配，都可能在日后成为一个隐患，成为一个令人头疼的BUG。所以最近想好好总结一下内存管理。我们在学习中也经常听到栈溢出，内存泄漏等这些感觉很严重的问题。首先我们要搞清楚什么是栈和什么是堆。
栈和堆
首先要理解一个关键的问题。我们此时说的是内存分配中的栈和堆，不是在讨论数据结构中的栈和二叉堆。我在之前学习操作系统的时候划过一个图，是关于Linux下操作系统程序地址空间的。中间还有栈区和堆区的分布
从图中可以看出基本分布，内存中的栈区是处于高地址以地址的增长方向为上，栈地址是向下增长的。从上往下，栈区是分配局部变量空间。堆区是从下往上，堆区的地址是向上增长的用于分配程序员申请的内存空间。
内存分配方式
内存分配方式有三种
从静态存储区域分配
内存在程序编译的时候就已经分配好了，这块内存在程序的整个运行期间都存在。
例如全局变量，static静态成员变量
在栈上创建
执行函数时，函数内部变量的存储单位可以在栈上创建，函数执行结束时，这些存储单元自动释放。栈内存分配运算置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限
在堆上分配
也称为动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少内存，程序员自己负责在何时用free或delete来释放这块内存。动态内存的生命周期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。也就是我们常说的内存碎片。
程序内存空间
一个程序将操作系统分配给其运行的内存分为4个区域
| 代码区（code area） |
|---|
| 全局数据区（data area） |
| 堆区（heap area） |
| 栈区（stack area） |
栈区：由编译器自动分配释放，存放为函数运行的局部变量，函数参数，返回数据，返回地址等。操作方式与数据结构中的类似。
堆区：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表
全局数据区：也叫做静态区，存放全局变量，静态数据。程序结束后由系统释放
文字常量区：可以理解为常量区，常量字符串存放这里。程序结束后由系统释放
程序代码区：存放函数体的二进制代码。但是代码段中也分为代码段和数据段。
关于文字常量区
文字常量区，在大多数解释中，都仅仅说明常量字符串存放这里。但是如果深究字眼，那么其他常量比如整型是否存放这里呢？我查阅了一些资料，是这么解释的：常量之所以称为“文字常量”，其中“文字”是指我们只能以它的值的形式指代它，“常量”是指它的值是不可变的。同时注意一点：文字常量是不可寻址的（即我们的程序中不可能出现获取所谓常量20的存储地址&20这样的表达式），虽然常量也是存储在内存的某个地方，但是我们没有办法访问常量的地址的。
还有就是我们都知道的常量是有类型的。所以总的来说，只要是常量都存放在文字常量区！！
程序例子
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
int main() {
int b; //栈
char s[] = /"abc/"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = /"123456/"; //123456//0在常量区，p3在栈上。
static int c =0;//全局（静态）初始化区
p1 = new char[10];
p2 = new char[20];
//分配得来得和字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, /"123456/"); //123456//0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。
}
堆与栈的区别
申请方式
stack：由系统自动分配。比如在函数运行中声明一个局部变量int b = 10;，系统自动在栈中为b开辟空间。
heap：需要程序员自己申请，并指明大小，在C中是有malloc函数，在C++中多使用new运算符
p1 = (char*)malloc(10);
p2 = new char[10];
此时的p1和p2是在栈中的
从C++角度上说，使用new分配堆空间可以调用类的构造函数，而malloc()函数仅仅是一个函数调用，它不会调用构造函数，它所接受的参数是一个unsigned long类型。同样，delete在释放堆空间之前会调用析构函数，而free函数则不会。
申请后系统的响应
stack：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，否则将报异常提示栈溢出
heap：在操作系统中有一个记录空闲内存地址的表，这是一种链式结构。它记录了有哪些还未使用的内存空间。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，然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。
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。由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会将自动的多余的那部分重新放入空闲链表中。
申请大小的限制
stack：在WINDOWS中，栈是向下增长的，是一块连续的区域。也就是说栈从栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的。栈的大小是2M。当超过这个内存之后，会报Overflow异常。所以栈能申请的空间较小。
heap：堆是向上增长的，向高地址递增的，因为它是一个用链表来存储的空闲地址空间。自然是个不连续的内存区域。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。我们知道当我们玩网络游戏时，当虚拟内存不够时我们会更改虚拟内存的大小。一般初始值为512M，可以更大，所以堆能分配的区域是相当大的。
申请效率的比较
stack：由系统自动分配，速度较快，但是程序员不可控
heap：由new或者malloc申请的一块新空间(内存)，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来方便。
在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是栈，而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。但是速度快，也最灵活。
VirtualAlloc是一个Windows API函数，该函数的功能是在调用进程的虚拟地址空间,预定或者提交一部分页。
堆和栈的存储内容
stack：在函数调用中，第一个进栈的是主函数中后的第一个指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右向左入栈的，然后是函数中的局部变量。但是，静态变量不入栈
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，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。
heap：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的内容由程序员自己安排。
存取效率的比较
char s1[] = 'a';
char *s2 = 'b';
a是在运行时刻才赋值的；而b是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(堆)快。
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为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。
个人总结
堆和栈的分配区别在一下几个方面
1、管理方式不同；
2、空间大小不同；
3、能否产生碎片不同；
4、生长方向不同；
5、分配方式不同；
6、分配效率不同；
管理方式： 栈是在函数运行时，由系统自动分配；而堆是通过程序员自己调用malloc函数或者new运算符去申请一个需要的大小空间。
空间大小： 栈的空间大小并不大，一般最多为2M，超过之后会报Overflow错误。堆的空间非常大，最大可到达4G，可操作的空间非常大。
能否产生碎片： 栈的操作与数据结构中的栈用法是类似的。‘后进先出’的原则，以至于不可能有一个空的内存块从栈被弹出。因为在它弹出之前，在它上面的后进栈的数据已经被弹出。它是严格按照栈的规则来执行。但是堆是通过new/malloc随机申请的空间，频繁的调用它们，则会产生大量的内存碎片。这是不可避免地。
生长方向： 栈的生长方向是由高地址向低地址增长，是自上而下的。堆的生长方向是由低地址向高地址增长，是自下而上的。
分配方式： 堆都是动态分配的，没有静态分配。但是栈有两种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由malloc函数实现，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行和释放，无需程序员进行操作。
分配效率： 栈是机器系统提供的数据结构，计算机底层对栈提供支持：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。这就决定了栈有着很高的效率。堆需要通过C/C++的库函数进行一个复杂的算法，在对内存中搜寻一个足够大小的空间，如果没有足够的空间(内存碎片空间太多)，就有可能调用系统功能去增加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，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低的多。