C++中堆與棧的區別

C++中,內存分爲5個區:堆、棧、自由存儲區、全局/靜態存儲區和常量存儲區。

棧:是由編譯器在需要時自動分配,不需要時自動清除的變量存儲區。通常存放局部變量、函數參數等。

堆:是由new分配的內存塊,由程序員釋放(編譯器不管),一般一個new與一個delete對應,一個new[]與一個delete[]對應。如果程序員沒有釋放掉,資源將由操作系統在程序結束後自動回收。

自由存儲區:是由malloc等分配的內存塊,和堆十分相似,用free來釋放。

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C語言中,全局變量又分爲初始化的和未初始化的,C++中沒有這一區分)。

常量存儲區:這是一塊特殊存儲區,裏邊存放常量,不允許修改。

(注意:堆和自由存儲區其實不過是同一塊區域,new底層實現代碼中調用了malloc,new可以看成是malloc智能化的高級版本)

 

堆與棧的討論:
 管理方式:
  堆中資源由程序員控制(容易產生memory leak)。
  棧資源由編譯器自動管理,無需手工控制。
 
 系統響應:
  對於堆,應知道系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,當系統收到程序申請時,遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於申請空間的堆結點,刪除空閒結點鏈表中的該結點,並將該結點空間分配給程序(大多數系統會在這塊內存空間首地址記錄本次分配的大小,這樣delete才能正確釋放本內存空間,另外系統會將多餘的部分重新放入空閒鏈表中)。
  對於棧,只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統爲程序提供內存,否則報異常提示棧溢出。

 空間大小:
  堆是不連續的內存區域(因爲系統是用鏈表來存儲空閒內存地址,自然不是連續的),堆大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存(32bit系統理論上是4G),所以堆的空間比較靈活,比較大。
  棧是一塊連續的內存區域,大小是操作系統預定好的,windows下棧大小是2M(也有是1M,在編譯時確定,VC中可設置)。

 碎片問題:
  對於堆,頻繁的new/delete會造成大量碎片,使程序效率降低。
  對於棧,它是一個先進後出的隊列,進出一一對應,不會產生碎片。

 生長方向:
  堆向上,向高地址方向增長。
  棧向下,向低地址方向增長。

 分配方式:
  堆都是動態分配(沒有靜態分配的堆)。
  棧有靜態分配和動態分配,靜態分配由編譯器完成(如局部變量分配),動態分配由alloca函數分配,但棧的動態分配的資源由編譯器進行釋放,無需程序員實現。
 
 分配效率:
  堆由C/C++函數庫提供,機制很複雜。所以堆的效率比棧低很多。
  棧是極其系統提供的數據結構,計算機在底層對棧提供支持,分配專門寄存器存放棧地址,棧操作有專門指令。

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