c/c++中記憶體地區劃分大總結

一、 在c中分為這幾個儲存區

   1.棧 - 由編譯器自動分配釋放

   2.堆 - 一般由程式員分配釋放，若程式員不釋放，程式結束時可能由OS回收

   3.全域區（靜態區），全域變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域變數和靜態變數在一塊地區，未初始化的全域變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊地區。- 程式結束釋放

   4.另外還有一個專門放常量的地方。- 程式結束釋放

   5 程式碼區，存放2進位代碼。

   在函數體中定義的變數通常是在棧上，用malloc， calloc， realloc等分配記憶體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域量，加了static修飾符後不管在哪裡都存放在全域區（靜態區），在所有函數體外定義的static變數表示在該檔案中有效，不能extern到別的檔案用，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"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。比如：

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[] = "abc"; //棧    char *p2; //棧    char *p3 = "123456"; //123456{post.content}在常量區，p3在棧上    static int c = 0; //全域（靜態）初始化區    p1 = (char *)malloc(10); //分配得來得10位元組的地區在堆區    p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得20位元組的地區在堆區    strcpy(p1, "123456");    //123456{post.content}放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"最佳化成一塊 }

   二、在C++中，記憶體分成5個區，他們分別是堆、棧、自由儲存區、全域/靜態儲存區和常量儲存區

   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數的儲存區。裡面的變數通常是局部變數、函數參數等。

   2.堆，就是那些由new分配的記憶體塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應用程式去控制，一般一個new就要對應一個delete.如果程式員沒有釋放掉，那麼在程式結束後，作業系統會自動回收。

   3.自由儲存區，就是那些由malloc等分配的記憶體塊，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.全域/靜態儲存區，全域變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中，在以前的C語言中，全域變數又分為初始化的和未初始化的，在C++裡面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊記憶體區。

   5.常量儲存區，這是一塊比較特殊的儲存區，他們裡面存放的是常量，不允許修改（當然，你要通過非正當手段也可以修改）

   三、 談談堆與棧的關係與區別

   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。這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用棧的例子，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；而棧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。

   1.片段問題：對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續，從而造成大量的片段，使程式效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因為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記憶體塊從棧中間彈出，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>參考資料結構，這裡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，也就是向著記憶體位址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向著記憶體位址減小的方向增長。

   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，比如局部變數的分配。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資料結構，電腦會在底層對棧提供支援：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，例如為了分配一塊記憶體，庫函數會按照一定的演算法（具體的演算法可以參考資料結構/作業系統）在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於記憶體片段太多），就有可能調用系統功能去增加程式資料區段的記憶體空間，這樣就有機會分到足夠大小的記憶體，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

   明確區分堆與棧：

   在bbs上，堆與棧的區分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。

   首先，我們舉一個例子：

void f() {    int* p=new int; }

   這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，我們首先就應該想到，我們分配了一塊堆記憶體，那麼指標p呢？他分配的是一塊棧記憶體，所以這句話的意思就是：在棧記憶體中存放了一個指向一塊堆記憶體的指標p.在程式會先確定在堆中分配記憶體的大小，然後調用operator new分配記憶體，然後返回這塊記憶體的首地址，放入棧中，他在VC6下的彙編代碼如下

   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

   這裡，我們為了簡單並沒有釋放記憶體，那麼該怎麼去釋放呢？是delete p嗎？澳，錯了，應該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6就會根據相應的Cookie資訊去進行釋放記憶體的工作。

   好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什麼區別？

   主要的區別由以下幾點

   1、管理方式不同；

   2、空間大小不同；

   3、能否產生片段不同；

   4、生長方向不同；

   5、分配方式不同；

   6、分配效率不同；

   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，釋放工作由程式員控制，容易產生memory leak.

   空間大小：一般來講在32位系統下，堆記憶體可以達到4G的空間，從這個角度來看堆記憶體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，預設的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改

   開啟工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit.注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬記憶體的頁檔案裡面，它設定的較大會使棧開闢較大的值，可能增加記憶體的開銷和啟動時間。

   堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容易造成大量的記憶體片段；由於沒有專門的系統支援，效率很低；由於可能引發使用者態和核心態的切換，記憶體的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最廣泛的，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和局部變數都採用棧的方式存放。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是在運行時刻賦值的；

   而bbbbbbbbbbb是在編譯時間就確定的；

   但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指標所指向的字串（例如堆）快。

   比如：

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

   對應的彙編代碼

   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

   第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指標值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。

   無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要麼是程式崩潰，要麼是摧毀程式的堆、棧結構，產生以想不到的結果，就算是在你的程式運行過程中，沒有發生上面的問題，你還是要小心，說不定什麼時候就崩掉，編寫穩定安全的代碼才是最重要的。

   static用來控制變數的儲存方式和可見度

   函數內部定義的變數，在程式執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題： 如果想將函數中此變數的值儲存至下一次調用時，如何?？ 最容易想到的方法是定義一個全域的變數，但定義為一個全域變數有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變數的存取範圍（使得在此函數中定義的變數，不僅僅受此 函數控制）。

   需要一個資料對象為整個類而非某個物件服務，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部，對外不可見。

   static的內部機制：

   待用資料成員要在程式一開始運行時就必須存在。因為函數在程式運行中被調用，所以待用資料成員不能在任何函數內分配空間和初始化。

   這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部介面的標頭檔，那裡有類聲明；二是類定義的內部實現，那裡有類的成員函數定義；三是應用程式的main（）函數前的全域資料聲明和定義處。

   待用資料成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明資料成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的記憶體配置，所以在類聲 明中寫成定義是錯誤的。它也不能在標頭檔中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源檔案中，對其重複定義。

   static被引入以告知編譯器，將變數儲存在程式的靜態儲存區而非棧上空間，待用資料成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

  static的優勢：

   可以節省記憶體，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，待用資料成員只儲存一處，供所有對象共用。待用資料成員的值對每個對象都是一樣，但它的 值是可以更新的。只要對待用資料成員的值更新一次，保證所有對象存取更新後的相同的值，這樣可以提高時間效率。

   引用待用資料成員時，採用如下格式

   <類名>：：<靜態成員名>

   如果待用資料成員的存取權限允許的話（即public的成員），可在程式中，按上述格式來引用待用資料成員。

   PS

   （1）類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指標，這就導致了它僅能訪問類的待用資料和靜態成員函數。

   （2）不能將靜態成員函數定義為虛函數。

   （3）由於靜態成員聲明於類中，操作於其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變數地址是指向其資料類型的指標 ，函數地址類型是一個“nonmember函數指標”。

   （4）由於靜態成員函數沒有this指標，所以就差不多等同於nonmember函數，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數，使得我們得以將C++和C-based X W indow系統結合，同時也成功的應用於線程函數身上。

   （5）static並沒有增加程式的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問時間，節省了子類的記憶體空間。

   （6）待用資料成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static.

   （7）待用資料成員是靜態儲存的，所以必須對它進行初始化。

   （8）靜態成員初始化與一般資料成員初始化不同

   初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變數或對象相混淆；初始化時不加該成員的存取權限控制符private，public等；

   初始化時使用範圍運算子來標明它所屬類；

   所以我們得出待用資料成員初始化的格式

   <資料類型><類名>：：<待用資料成員名>=<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變數，以屏蔽父類的影響。這裡有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共用，但我們有 重複定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器採用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以產生唯一的標誌。

   補充：new  delete［］，基本類型的對象沒有解構函式（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 .