c/c++中內(nèi)存區(qū)域劃分大總結(jié)

作者：佚名 2011-06-21 11:16:24

本文為大家介紹c/c++中內(nèi)存區(qū)域的劃分，主要分為5個區(qū)域，分別是堆，棧，自由存儲區(qū)，全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。希望對你有幫助。

C++作為一款C語言的升級版本，具有非常強(qiáng)大的功能。它不但能夠支持各種程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，而且還具有C語言的所有功能。我們在這里為大家介紹的是其中一個比較重要的內(nèi)容，C++內(nèi)存區(qū)域的基本介紹。

一. 在c中分為這幾個存儲區(qū)

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(jié)束時可能由OS回收

3.全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）

全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。- 程序結(jié)束釋放

4.另外還有一個專門放常量的地方。

程序結(jié)束釋放

在函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配內(nèi)存的函數(shù)分配得到的就是在堆上。在所有函數(shù)體外定義的是全局量，加了static修飾符后不管在哪里都存放在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）,在所有函數(shù)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(shù)體內(nèi)定義的static表示只在該函數(shù)體內(nèi)有效。另外，函數(shù)中的"adgfdf"這樣的字符串存放在常量區(qū)。比如：

int a = 0; //全局初始化區(qū)  
char *p1; //全局未初始化區(qū)  
void main()  
{  
int b; //棧  
char s[] = "abc"; //棧  
char *p2; //棧  
char *p3 = "123456"; //123456{post.content}在常量區(qū)，p3在棧上  
static int c = 0; //全局（靜態(tài)）初始化區(qū)  
p1 = (char *)malloc(10); //分配得來得10字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)  
p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得20字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)  
strcpy(p1, "123456");  
//123456{post.content}放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一塊  
}

二.在C++中，內(nèi)存分成5個區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)

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(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。

2.堆，就是那些由new分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個new就要對應(yīng)一個delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會自動回收。

3.自由存儲區(qū)，就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，他和堆是十分相似的，不過它是用free來結(jié)束自己的生命的。

4.全局/靜態(tài)存儲區(qū)，全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒有這個區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)。

5.常量存儲區(qū)，這是一塊比較特殊的存儲區(qū)，他們里面存放的是常量，不允許修改（當(dāng)然，你要通過非正當(dāng)手段也可以修改）

#p#

三. 談?wù)劧雅c棧的關(guān)系與區(qū)別

具體地說，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(串行執(zhí)行機(jī)制)，都直接在代碼底層支持棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這體現(xiàn)在，有專門的寄存器指向棧所在的地址，有專門的機(jī)器指令完成數(shù)據(jù)入棧出棧的操作。這種機(jī)制的特點(diǎn)是效率高，支持的數(shù)據(jù)有限，一般是整數(shù)，指針，浮點(diǎn)數(shù)等系統(tǒng)直接支持的數(shù)據(jù)類型，并不直接支持其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因?yàn)闂５倪@種特點(diǎn)，對棧的使用在程序中是非常頻繁的。對子程序的調(diào)用就是直接利用棧完成的。

機(jī)器的call指令里隱含了把返回地址推入棧，然后跳轉(zhuǎn)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并跳轉(zhuǎn)之的操作。C/C++中的自動變量是直接利用棧的例子，這也就是為什么當(dāng)函數(shù)返回時，該函數(shù)的自動變量自動失效的原因。

和棧不同，堆的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是由系統(tǒng)(無論是機(jī)器系統(tǒng)還是操作系統(tǒng))支持的，而是由函數(shù)庫提供的。基本的malloc/realloc/free 函數(shù)維護(hù)了一套內(nèi)部的堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)程序使用這些函數(shù)去獲得新的內(nèi)存空間時，這套函數(shù)首先試圖從內(nèi)部堆中尋找可用的內(nèi)存空間，如果沒有可以使用的內(nèi)存空間，則試圖利用系統(tǒng)調(diào)用來動態(tài)增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存大小，新分配得到的空間首先被組織進(jìn)內(nèi)部堆中去，然后再以適當(dāng)?shù)男问椒祷亟o調(diào)用者。

當(dāng)程序釋放分配的內(nèi)存空間時，這片內(nèi)存空間被返回內(nèi)部堆結(jié)構(gòu)中，可能會被適當(dāng)?shù)奶幚?比如和其他空閑空間合并成更大的空閑空間)，以更適合下一次內(nèi)存分配申請。這套復(fù)雜的分配機(jī)制實(shí)際上相當(dāng)于一個內(nèi)存分配的緩沖池(Cache)，使用這套機(jī)制有如下若干原因：

1. 系統(tǒng)調(diào)用可能不支持任意大小的內(nèi)存分配。有些系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用只支持固定大小及其倍數(shù)的內(nèi)存請求(按頁分配)；這樣的話對于大量的小內(nèi)存分類來說會造成浪費(fèi)。

2. 系統(tǒng)調(diào)用申請內(nèi)存可能是代價(jià)昂貴的。系統(tǒng)調(diào)用可能涉及用戶態(tài)和核心態(tài)的轉(zhuǎn)換。

3. 沒有管理的內(nèi)存分配在大量復(fù)雜內(nèi)存的分配釋放操作下很容易造成內(nèi)存碎片。

堆和棧的對比

從以上知識可知，棧是系統(tǒng)提供的功能，特點(diǎn)是快速高效，缺點(diǎn)是有限制，數(shù)據(jù)不靈活；而棧是函數(shù)庫提供的功能，特點(diǎn)是靈活方便，數(shù)據(jù)適應(yīng)面廣泛，但是效率有一定降低。棧是系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于進(jìn)程/線程是唯一的；堆是函數(shù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不一定唯一。不同堆分配的內(nèi)存無法互相操作。棧空間分靜態(tài)分配和動態(tài)分配兩種。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如自動變量(auto)的分配。

動態(tài)分配由alloca函數(shù)完成。棧的動態(tài)分配無需釋放(是自動的)，也就沒有釋放函數(shù)。為可移植的程序起見，棧的動態(tài)分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態(tài)的，雖然程序結(jié)束時所有的數(shù)據(jù)空間都會被釋放回系統(tǒng)，但是精確的申請內(nèi)存/ 釋放內(nèi)存匹配是良好程序的基本要素。

1.碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來

講，則不會存在這個問題，因?yàn)闂Ｊ窍冗M(jìn)后出的隊(duì)列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細(xì)的可以>參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。

2.生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。

3.分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實(shí)現(xiàn)。

4.分配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)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(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)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（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

明確區(qū)分堆與棧:

在bbs上，堆與棧的區(qū)分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學(xué)者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他***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(yīng)該想到，我們分配了一塊堆內(nèi)存，那么指針p呢？他分配的是一塊棧內(nèi)存，所以這句話的意思就是：在棧內(nèi)存中存放了一個指向一塊堆內(nèi)存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后調(diào)用operator new分配內(nèi)存，然后返回這塊內(nèi)存的首地址，放入棧中，他在VC6下的匯編代碼如下：

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

這里，我們?yōu)榱撕唵尾]有釋放內(nèi)存，那么該怎么去釋放呢？是delete p么？澳，錯了，應(yīng)該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數(shù)組，VC6就會根據(jù)相應(yīng)的Cookie信息去進(jìn)行釋放內(nèi)存的工作。

好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區(qū)別？

主要的區(qū)別由以下幾點(diǎn)：

管理方式不同；
空間大小不同；
能否產(chǎn)生碎片不同；
生長方向不同；
分配方式不同；
分配效率不同；

管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。

空間大小：一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認(rèn)的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)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，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的***值和commit。

注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。

堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價(jià)變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址，EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。

另外對存取效率的比較:

代碼:

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";  
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在運(yùn)行時刻賦值的；而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?例如堆)快。

比如：

void main()  
{  
char a = 1;  
char c[] = "1234567890";  
char *p ="1234567890";  
a = c[1];  
a = p[1];  
return;  
}

對應(yīng)的匯編代碼

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

***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(jù)edx讀取字符，顯然慢了.

無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因?yàn)樵浇绲慕Y(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié)果,就算是在你的程序運(yùn)行過程中，沒有發(fā)生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉,編寫穩(wěn)定安全的代碼才是最重要的。

#p#

static用來控制變量的存儲方式和可見性

函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時會釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個問題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時，如何實(shí)現(xiàn)？最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點(diǎn)，最明顯的缺點(diǎn)是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅受此函數(shù)控制）。

需要一個數(shù)據(jù)對象為整個類而非某個對象服務(wù),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(nèi)部，對外不可見。

static的內(nèi)部機(jī)制：

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要在程序一開始運(yùn)行時就必須存在。因?yàn)楹瘮?shù)在程序運(yùn)行中被調(diào)用，所以靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不能在任何函數(shù)內(nèi)分配空間和初始化。

這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，那里有類的成員函數(shù)定義；三是應(yīng)用程序的main（）函數(shù)前的全局?jǐn)?shù)據(jù)聲明和定義處。

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要實(shí)際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數(shù)據(jù)成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規(guī)格”，并不進(jìn)行實(shí)際的內(nèi)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?yàn)槟菚斐稍诙鄠€使用該類的源文件中，對其重復(fù)定義。

static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態(tài)存儲區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

static的優(yōu)勢：

可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗撬袑ο笏械模虼耍瑢Χ鄠€對象來說，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態(tài)數(shù)據(jù)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(tài)數(shù)據(jù)成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。

引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員時，采用如下格式：

<類名>::<靜態(tài)成員名>

如果靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問權(quán)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(tài)數(shù)據(jù)成員。

PS:

(1)類的靜態(tài)成員函數(shù)是屬于整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導(dǎo)致
了它僅能訪問類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)成員函數(shù)。

(2)不能將靜態(tài)成員函數(shù)定義為虛函數(shù)。

(3)由于靜態(tài)成員聲明于類中，操作于其外，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(shù)據(jù)類型的指針，函數(shù)地址類型是一個“nonmember函數(shù)指針”。

(4)由于靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針，所以就差不多等同于nonmember函數(shù)，結(jié)果就產(chǎn)生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數(shù)，使得我們得以將C++和C-based X Window系統(tǒng)結(jié)合，同時也成功的應(yīng)用于線程函數(shù)身上。

(5)static并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(tài)成員的訪問時間，節(jié)省了子類的內(nèi)存空間。

(6)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員在<定義或說明>時前面加關(guān)鍵字static。

(7)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是靜態(tài)存儲的，所以必須對它進(jìn)行初始化。

(8)靜態(tài)成員初始化與一般數(shù)據(jù)成員初始化不同:

初始化在類體外進(jìn)行，而前面不加static，以免與一般靜態(tài)變量或?qū)ο笙嗷煜?/li>
初始化時不加該成員的訪問權(quán)限控制符private，public等；
初始化時使用作用域運(yùn)算符來標(biāo)明它所屬類；

所以我們得出靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化的格式：<數(shù)據(jù)類型><類名>::<靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名>=<值>

(9)為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態(tài)變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點(diǎn)需要注意：我們說靜態(tài)成員為父類和子類共享，但我們有重復(fù)定義了靜態(tài)成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標(biāo)志。

補(bǔ)充：new delete［］,基本類型的對象沒有析構(gòu)函數(shù)（例如 int , char ），所以回收基本類型組成的數(shù)組空間 delete delete[] 都是應(yīng)該可以如： int p = new int[10], delete p 和delete[]p 都可。但是對于類對象數(shù)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。

希望對你有幫助。

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