C語言中的編譯時間分配記憶體

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1.棧區（stack） --編譯器自動分配釋放，主要存放函數的參數值，局部變數值等；

2.堆區（heap） --由程式員分配釋放；

3.全域區或靜態區 --存放全域變數和靜態變數；程式結束時由系統釋放，分為全域初始化區和全域未初始化區；

4.字元常量區 --常量字串放與此，程式結束時由系統釋放；

5.程式碼區--存放函數體的二進位代碼

例： //main.c

int a=0; //全域初始化區

char *p1; //全域未初始化區

void main()

{

int b; //棧

char s[]="bb"; //s在棧,"bb"在常量區

char *p2; //棧

char *p3="123"; //其中，“123/0”常量區，p3在棧區

static int c=0; //全域區

p1=(char*)malloc(10); //10個位元組地區在堆區

strcpy(p1,"123"); //"123/0"在常量區，編譯器 可能 會最佳化為和p3的指向同一塊地區

｝

一個C程式佔用的記憶體可分為以下幾類：

(一) 棧

這是由編譯器自動分配和釋放的地區。主要儲存函數的參數，函數的局部變數等。當一個函數開始執行時，該函數所需的實參，局部變數就推入棧中，該函數執行完畢後，之前進入棧中的參數和變數等也都出棧被釋放掉。它的運行方式類似於資料結構中的棧。

(二) 堆

這是由程式員控制分配和釋放的地區，在C裡，用malloc()函數分配的空間就存在於堆上。在堆上分配的空間不像棧一樣在某個函數執行完畢就自動釋放，而是一直存在於整個程式的運行期間。當然，如果你不手動釋放(free()函數)這些空間，在程式運行結束後系統也會將之自動釋放。對於小程式來說可能感覺不到影響的存在，但對於大程式，例如一個大型遊戲，就會遇到記憶體不夠用的問題了

(三) 全域區

C裡的全域變數和靜態變數儲存在全域區。它們有點像堆上的空間，也是持續存在於程式的整個運行期間，但不同的是，他們是由編譯器自己控制分配和釋放的。

(四) 文字常量區

例如char *c = “123456”；則”123456”為文字常量，存放於文字常量區。也由編譯器控制分配和釋放。

(五) 程式碼區

存放函數體的二進位代碼。

2． 例子(一)

int a = 0; //全域區

void main()

{

int b; //棧

char s[] = "abc"; //s在棧,"abc"在文字常量區

char *p1,*p2; //棧

char *p3 = "123456"; //"123456"在常量區，p3在棧上

static int c =0; //全域區

p1 = (char *)malloc(10); //p1在棧，分配的10位元組在堆

p2 = (char *)malloc(20); //p2在棧，分配的20位元組在堆

strcpy(p1, "123456"); //"123456"放在常量區

//編譯器可能將它與p3所指向的"123456"最佳化成一個地方。

}

3． 例子(二)

//返回char型指標

char *f()

{

//s數組存放於棧上

char s[4] = {‘1‘,‘2‘,‘3‘,‘0‘};

return s; //返回s數組的地址，但函數運行完s數組就被釋放了

}

void main()

{

char *s;

s = f();

printf ("%s", s); //列印出來亂碼。因為s所指向地址已經沒有資料

}

還有就是函數調用時會在棧上有一系列的保留現場及傳遞參數的操作。

棧的空間大小有限定，vc的預設是2M。棧不夠用的情況一般是程式中分配了大量數組和遞迴函式層次太深。有一點必須知道，當一個函數調用完返回後它會釋放該函數中所有的棧空間。棧是由編譯器自動管理的，不用你操心。

堆是動態分配記憶體的，並且你可以分配使用很大的記憶體。但是用不好會產生記憶體流失。並且頻繁地malloc和free會產生記憶體片段（有點類似磁碟片段），因為C分配動態記憶體時是尋找匹配的記憶體的。而用棧則不會產生片段，在棧上存取資料比通過指標在堆上存取資料快些。一般大家說的堆棧和棧是一樣的，就是棧(stack)，而說堆時才是堆heap.棧是先入後出的，一般是由高地址向低地址生長。

堆(heap)和棧(stack)是C/C++編程不可避免會碰到的兩個基本概念。首先，這兩個概念都可以在講資料結構的書中找到，他們都是基本的資料結構，雖然棧更為簡單一些。在具體的C/C++編程架構中，這兩個概念並不是並行的。對底層機器代碼的研究可以揭示，棧是機器系統提供的資料結構，而堆則是C/C++函數庫提供的。具體地說，現代電腦(串列執行機制)，都直接在代碼底層支援棧的資料結構。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資料入棧出棧的操作。種機制的特點是效率高，支援的資料有限，一般是整數，指標，浮點數等系統直接支援的資料類型，並不直接支援其他的資料結構。因為棧的這種特點，對棧的使用在程式中是非常頻繁的。對子程式的調用就是直接利用棧完成的。機器的call指令裡隱含了把返回地址推入棧，然後跳轉至子程式地址的操作，而子程式中的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++中的自動變數是直接利棧的例子，這也就是為什麼當函數返回時，該函數的自動變數自動失效的原因。

和棧不同，堆的資料結構並不是由系統(無論是機器系統還是作業系統)支援的，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資料結構。當程式使用這些函數去獲得新的記憶體空間時，這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的記憶體空間，如果沒有可以使用的記憶體空間，則試圖利用系統調用來動態增加程式資料區段的記憶體大小，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。當程式釋放分配的記憶體空間時，這片記憶體空間被返回內部堆結構中，可能會被適當的處理(比如和其他空閑空間合并成更大的空閑空間)，以更適合下一次記憶體配置申請。這套複雜的分配機制實際上相當於一個記憶體配置的緩衝池(Cache)，使用這套機制有如下若干原因：

1. 系統調用可能不支援任意大小的記憶體配置。有些系統的系統調用只支援固定大小及其倍數的記憶體請求(按頁分配)；這樣的話對於大量的小記憶體分類來說會造成浪費。

2. 系統調用申請記憶體可能是代價昂貴的。系統調用可能涉及使用者態和核心態的轉換。

3. 沒有管理的記憶體配置在大量複雜記憶體的分配釋放操作下很容易造成記憶體片段

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，資料不靈活；而堆是函數庫提供的功能，特點是靈活方便，資料適應面廣泛，但是效率有一定降低。棧是系統資料結構，對於進程/線程是唯一的；堆是函數庫內部資料結構，不一定唯一。不同堆分配的記憶體無法互相操作。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，比如自動變數(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。為可移植的程式起見，棧的動態分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態，雖然程式結束時所有的資料空間都會被釋放回系統，但是精確的申請記憶體/釋放記憶體匹配是良好程式的基本要素。

 

C語言中的編譯時間分配記憶體