內(nèi)存劃分，堆棧區(qū)分[轉(zhuǎn)]

一、一個(gè)經(jīng)過(guò)編譯的C/C++的程序占用的內(nèi)存分成以下幾個(gè)部分：
1、棧區(qū)（stack）：由編譯器自動(dòng)分配和釋放 ，存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等，甚至函數(shù)的調(diào)用過(guò)程都是用棧來(lái)完成。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
2、堆區(qū)（heap） ：一般由程序員手動(dòng)申請(qǐng)以及釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式類似于鏈表。
3、全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）（static）：全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)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)束后由系統(tǒng)釋放空間。 
4、文字常量區(qū)：常量字符串就是放在這里的。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放空間。
5、程序代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

下面的例子可以完全展示不同的變量所占的內(nèi)存區(qū)域：

二、棧（stack）和堆（heap）具體的區(qū)別。
1、在申請(qǐng)方式上
棧（stack）: 現(xiàn)在很多人都稱之為堆棧，這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H上還是指的棧。它由編譯器自動(dòng)管理，無(wú)需我們手工控制。 例如，聲明函數(shù)中的一個(gè)局部變量 int b 系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開(kāi)辟空間；在調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)的給函數(shù)的形參變量在棧中開(kāi)辟空間。
堆（heap）: 申請(qǐng)和釋放由程序員控制，并指明大小。容易產(chǎn)生memory leak。
在C中使用malloc函數(shù)。
如：p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運(yùn)算符。
如：p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1本身在全局區(qū)，而p2本身是在棧中的，只是它們指向的空間是在堆中。

2、申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)上
棧（stack）:只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。
堆（heap）: 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)， 會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)在這塊內(nèi)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或free語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

3、申請(qǐng)大小的限制
棧（stack）:在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說(shuō)是1M，總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù)），如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。 例如，在VC6下面，默認(rèn)的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改：打開(kāi)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)定堆棧的最大值和commit。
注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁(yè)文件里面，它設(shè)置的較大會(huì)使棧開(kāi)辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開(kāi)銷和啟動(dòng)時(shí)間。

堆（heap）: 堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域（空閑部分用鏈表串聯(lián)起來(lái)）。正是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)空閑內(nèi)存，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。一般來(lái)講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個(gè)角度來(lái)看堆內(nèi)存幾乎是沒(méi)有什么限制的。由此可見(jiàn)，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4、分配空間的效率上
棧（stack）: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(huì)在底層對(duì)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。但程序員無(wú)法對(duì)其進(jìn)行控制。
堆（heap）:是C/C++函數(shù)庫(kù)提供的，由new或malloc分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片。它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫(kù)函數(shù)會(huì)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(méi)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(huì)分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。這樣可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請(qǐng)，代價(jià)變得更加昂貴。顯然，堆的效率比棧要低得多。

5、堆和棧中的存儲(chǔ)內(nèi)容
棧（stack）:在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用后的下一條指令（子函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句）的地址，然后是子函數(shù)的各個(gè)形參。在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是子函數(shù)中的局部變量。注意：靜態(tài)變量是不入棧的。 當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中子函數(shù)調(diào)用完成的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。
堆（heap）:一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小，堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

6、存取效率的比較
這個(gè)應(yīng)該是顯而易見(jiàn)的。拿棧上的數(shù)組和堆上的數(shù)組來(lái)說(shuō)：

上面代碼中，arr1（局部變量）是在棧中，但是指向的空間確在堆上，兩者的存取效率，當(dāng)然是arr高。因?yàn)閍rr[1]可以直接訪問(wèn)，但是訪問(wèn)arr1[1]，首先要訪問(wèn)數(shù)組的起始地址arr1，然后才能訪問(wèn)到arr1[1]。

總而言之，言而總之：
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來(lái)看出：
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點(diǎn)菜（聲明變量）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會(huì)切菜、洗菜等準(zhǔn)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(dòng)手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

posted on 2008-11-02 19:47 isabc 閱讀(308) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用