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分类: C/C++

2011-04-27 12:53:39

一.   区域划分

堆: 是大家共有的空间,分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间,局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配,运行过程中也可以向系统要额外的堆,但是记得用完了要还给操作系统,要不然就是内存泄漏。


栈:是个线程独有的,保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化,每个线程的栈互相独立,因此,栈是 thread safe的。每个C ++对象的数据成员也存在在栈中,每个函数都有自己的栈,栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈,就是切换 SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

 

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 
1、栈区(stack 由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 
2
堆区(heap  一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。 
3
全局区(静态区)(static全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域, 程序结束后有系统释放 
4、文字常量区常量字符串就是放在这里的, 程序结束后由系统释放 
5、程序代码区存放函数体的二进制代码。

 

                    图示1:可执行程序在存储器中的存放

 

 

二.示例代码

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

int b; 
 
char s[] = "abc"; 
 
char *p2; 
 
char *p3 = "123456"; 123456
在常量区,p3在栈上。 
static int c =0
 全局(静态)初始化区 
p1 = (char *)malloc(10); 
p2 = (char *)malloc(20); 
分配得来得1020字节的区域就在堆区。 
strcpy(p1, "123456"); 123456
放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。 
}

 

三.堆和栈

 

3.1申请方式 
stack遵循LIFO后进先出的规则,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长,栈是系统提供的功能,特点是快速高效,缺点是有限制,数据不灵活。
由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 
heap对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向。
需要程序员自己申请,并指明大小,在cmalloc函数 
p1 = (char *)malloc(10); 
C++中用new运算符 
p2 = (char *)malloc(10); 
但是注意p1p2本身是在栈中的。


3.2  申请后系统的响应 
:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。 
:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时, 会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

 

3.3申请大小的限制 
:在Windows,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域,这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。 
堆是向高地址扩展的数据结构是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

 

3.4申请效率的比较: 
:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。 
:是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

 

3.5堆和栈中的存储内容 
 在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 
当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。 
:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

 

3.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 
aaaaaaaaaaa
是在运行时刻赋值的; 
bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的; 
但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(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; 

对应的汇编代码 
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 
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。


3.7小结: 
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出: 
使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。 
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。

1、内存分配方面:

    堆:一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下:newmallocdeletefree等等。

    栈:由编译器(Compiler)自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、申请方式方面:

    堆:需要程序员自己申请,并指明大小。在cmalloc函数如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new运算符,但是注意p1p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。

栈:由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b;系统自动在栈中为b开辟空间。

3、系统响应方面:

    堆:操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

    栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

4、大小限制方面:

    堆:是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

    栈:在Windows栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是固定的(是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

5、效率方面:

    堆:是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便,另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

    栈:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

6、存放内容方面:

    堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

    栈:在函数调用时第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈,然后是函数中的局部变量。 注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。

7、存取效率方面:

    堆:char *s1 = "Hellow Word";是在编译时就确定的;

栈:char s1[] = "Hellow Word" 是在运行时赋值的;用数组比用指针速度要快一些,因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下,而数组在栈上直接读取。

 

C++中,内存分成5个区,他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。 栈,就是那些由编译器在需要的时候分配,在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。 堆,就是那些由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。 自由存储区,就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free来结束自己的生命的。 全局/静态存储区,全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的C语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的,在C++里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。 常量存储区,这是一块比较特殊的存储区,他们里面存放的是常量,不允许修改(当然,你要通过非正当手段也可以修改,而且方法很多)

 

部分内容来自:http://blog.csdn.net/lhfqq/archive/2010/02/04/5287113.aspx

 

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给主人留下些什么吧!~~

g_programming2012-03-19 16:11:29

夏冰软件: 楼主写的不错,支持一下.....
有部分内容是看的别人的 呵呵

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