棧,堆,全局,文字常量,代碼區總結

一.   區域劃分

堆: 是大家共有的空間,分全局堆和局部堆。全局堆就是所有沒有分配的空間,局部堆就是用戶分配的空間。堆在操作系統對進程初始化的時候分配,運行過程中也可以向系統要額外的堆,但是記得用完了要還給操作系統,要不然就是內存泄漏。


棧:是個線程獨有的,保存其運行狀態和局部自動變量的。棧在線程開始的時候初始化,每個線程的棧互相獨立,因此,棧是 thread safe的。每個C ++對象的數據成員也存在在棧中,每個函數都有自己的棧,棧被用來在函數之間傳遞參數。操作系統在切換線程的時候會自動的切換棧,就是切換 SS/ESP寄存器。棧空間不需要在高級語言裏面顯式的分配和釋放。

 

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。 
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。

 

                    圖示1:可執行程序在存儲器中的存放

 

 

二.示例代碼

//main.cpp 
int a = 0; 
全局初始化區 
char *p1; 
全局未初始化區 
main() 

int b; 
 
char s[] = "abc"; 
 
char *p2; 
 
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1020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。 
}

 

三.堆和棧

 

3.1申請方式 
stack遵循LIFO後進先出的規則,它的生長方向是向下的,是向着內存地址減小的方向增長,棧是系統提供的功能,特點是快速高效,缺點是有限制,數據不靈活。
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。
需要程序員自己申請,並指明大小,在cmalloc函數 
p1 = (char *)malloc(10); 
C++中用new運算符 
p2 = (char *)malloc(10); 
但是注意p1p2本身是在棧中的。


3.2  申請後系統的響應 
: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。 
: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。

 

3.3申請大小的限制 
:在Windows,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。

 

3.4申請效率的比較: 
:由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。 
: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。

 

3.5堆和棧中的存儲內容 
 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。 
: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。

 

3.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 
aaaaaaaaaaa
是在運行時刻賦值的; 
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。


3.7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。

1、內存分配方面:

    堆: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,分配方式是類似於鏈表。可能用到的關鍵字如下:newmallocdeletefree等等。

    棧:由編譯器(Compiler)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、申請方式方面:

    堆:需要程序員自己申請,並指明大小。在cmalloc函數如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new運算符,但是注意p1p2本身是在棧中的。因爲他們還是可以認爲是局部變量。

棧: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。

3、系統響應方面:

    堆: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。

    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。

4、大小限制方面:

    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。

    棧:在Windows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,棧的大小是固定的(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。

5、效率方面:

    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。

    棧:由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。

6、存放內容方面:

    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。

    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,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。

7、存取效率方面:

    堆:char *s1 = "Hellow Word";是在編譯時就確定的;

棧:char s1[] = "Hellow Word" 是在運行時賦值的;用數組比用指針速度要快一些,因爲指針在底層彙編中需要用edx寄存器中轉一下,而數組在棧上直接讀取。

 

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,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)



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