2010/10/27
關鍵字：C/C++中的內存區域劃分
C中的內存區域劃分
1. 棧 - 由編譯器自動分配釋放。
2. 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。
3. 全局區（靜態區），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，程序結束釋放。
4. 另外還有一個專門放常量的地方，程序結束釋放。
在函數體中定義的變量通常是在棧上，用malloc、calloc、realloc等分配內存的函數分配得到的就是在堆上。在所有函數體外定義的是全局變量，加了static修飾符後不管在哪裏都存放在全局區（靜態區），在所有函數體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用，在函數體內定義的static表示只在該函數體內有效。另外，函數中的"123456"這樣的字符串存放在常量區。
#include <stdlib.h> //malloc、alloca
#include <string> //strcpy
int a = 0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區
int main()
{
int b; //棧
char s[] = "abc"; //s和"abc"都在棧上
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);//在自由存儲區上動態分配個字節,free釋放
//realloc相同
p2 = (char *)alloca(20);//在棧上動態分配個字節,編譯器會自動釋放
char *p3 = new char[30];//在堆上動態分配個字節,delete []p3釋放
strcpy(p1, "123456"); //123456放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指
//向的"123456"優化成一塊
return 0;
}
C++中的內存區域劃分
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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）
堆與棧的關係與區別
具體地說，現代計算機（串行執行機制），都直接在代碼底層支持棧的數據結構。這體現在，有專門的寄存器指向棧所在的地址，有專門的機器指令完成數據入棧出棧的操作。這種機制的特點是效率高，支持的數據有限，一般是整數，指針，浮點數等系統直接支持的數據類型，並不直接支持其他的數據結構。因爲棧的這種特點，對棧的使用在程序中是非常頻繁的。對子程序的調用就是直接利用棧完成的。機器的call指令裏隱含了把返回地址推入棧，然後跳轉至子程序地址的操作，而子程序中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址並跳轉之的操作。C/C++中的自動變量是直接利用棧的例子，這也就是爲什麼當函數返回時，該函數的自動變量自動失效的原因。
和棧不同，堆的數據結構並不是由系統（無論是機器系統還是操作系統）支持的，而是由函數庫提供的。基本的malloc/realloc/free 函數維護了一套內部的堆數據結構。當程序使用這些函數去獲得新的內存空間時，這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的內存空間，如果沒有可以使用的內存空間，則試圖利用系統調用來動態增加程序數據段的內存大小，新分配得到的空間首先被組織進內部堆中去，然後再以適當的形式返回給調用者。當程序釋放分配的內存空間時，這片內存空間被返回內部堆結構中，可能會被適當的處理（比如和其他空閒空間合併成更大的空閒空間），以更適合下一次內存分配申請。這套複雜的分配機制實際上相當於一個內存分配的緩衝池（Cache），使用這套機制有如下若干原因：
1. 系統調用可能不支持任意大小的內存分配。有些系統的系統調用只支持固定大小及其倍數的內存請求（按頁分配）；這樣的話對於大量的小內存分類來說會造成浪費。
2. 系統調用申請內存可能是代價昂貴的。系統調用可能涉及用戶態和核心態的轉換。
3. 沒有管理的內存分配在大量複雜內存的分配釋放操作下很容易造成內存碎片。
堆和棧的對比
從以上知識可知，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；而棧是函數庫提供的功能，特點是靈活方便，數據適應面廣泛，但是效率有一定降低。棧是系統數據結構，對於進程/線程是唯一的；堆是函數庫內部數據結構，不一定唯一。不同堆分配的內存無法互相操作。棧空間分靜態分配和動態分配兩種。靜態分配是編譯器完成的，比如自動變量（auto）的分配。動態分配由alloca函數完成。棧的動態分配無需釋放（是自動的），也就沒有釋放函數。爲可移植的程序起見，棧的動態分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態的，雖然程序結束時所有的數據空間都會被釋放回系統，但是精確的申請內存/ 釋放內存匹配是良好程序的基本要素。
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
堆和棧的區別
1. 管理方式不同
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.
2. 空間大小不同
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：ProjectàSettingàLink，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。
3. 能否產生碎片不同
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。
4. 生長方向不同
5. 分配方式不同
6. 分配效率不同
new/delete
基本類型的對象沒有析構函數（例如 int、char），所以回收基本類型組成的數組空間 delete delete[] 都是應該可以。如int p = new int[10]， delete p 和delete[]p 都可。但是對於類對象數組（如string strArr = new string[10]），只能 delete [].對 new 的單個對象，只能 delete 不能 delete[] 回收空間。
明天繼續學習new/delete。