動態儲存裝置區、靜態儲存區、堆和棧的區別

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C/c++程式經過編譯串連後形成的二進位映像檔案，這檔案包含：

棧，堆，資料區段（唯讀資料區段，已經初始化讀寫資料區段，未初始化資料區段即BBS）和程式碼片段組成.

                                                           

1.棧區(stack):

由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變數等值。其操作方式類似於資料結構中的棧。

2.堆區(heap):

堆允許程式在運行時動態地申請某個大小的記憶體。

一般由程式員分配釋放，若程式員不釋放，則可能會引起記憶體流失。

注堆和資料結構中的堆棧不一樣，其類是與鏈表。

3.程式碼區：存放函數體的二進位代碼。

所有的語句編譯後會產生CPU指令儲存在代碼區.

4.資料區段：由三部分組成：

<1>唯讀資料區段：
唯讀資料區段是程式使用的一些不會被更改的資料，使用這些資料的方式類似查表式的操作，由於這些變數不需要更改，因此只需要放置在唯讀記憶體中即可。一般是const修飾的變數以及程式中使用的文字常量一般會存放在唯讀資料區段中。
<2>已初始化的讀寫資料區段：
已初始化資料是在程式中聲明，並且具有初值的變數，這些變數需要佔用儲存空間的空間，在程式執行時它們需要位於可讀寫的記憶體地區內，並且有初值，以供程式運行時讀寫。在程式中一般為已經初始化的全域變數，已經初始化的靜態局部變數(static修飾的已經初始化的變數)
<3>未初始化段（BSS）：
[
BSS段通常是指用來存放程式中未初始化的全域變數和靜態變數的一塊記憶體地區。
特點是可讀寫的，在程式執行之前BSS段會自動清0。
]

未初始化資料是在程式中聲明，但是沒有初始化的變數，這些變數在程式運行之前不需要佔用儲存空間的空間。與讀寫資料區段類似，它也屬於待用資料區。但是該段中資料沒有經過初始化。未初始化資料區段只有在啟動並執行初始化階段才會產生，因此它的大小不會影響目標檔案的大小。在程式中一般是沒有初始化的全域變數和沒有初始化的靜態局部變數。

 

附加說明：

常量區（特殊的常量儲存區，屬於靜態儲存區）
　　1) 常量佔用記憶體,唯讀狀態,決不可修改
　　2) 常量字串就是放在這裡的，程式結束後由系統釋放

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動態儲存裝置方式
所謂動態儲存裝置方式是指在程式運行期間根據需要進行動態分配儲存空間的方式。
動態儲存裝置變數是在程式執行過程中，使用它時才分配儲存單元， 使用完畢立即釋放。 
典型的例子是函數的形式參數，在函數定義時並不給形參分配儲存單元，只是在函數被調用時，才予以分配，調用函數完畢立即釋放。如果一個函數被多次調用，則反覆地分配、釋放形參變數的儲存單元。
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動態儲存裝置區：
1.棧和堆
棧:會存放函數的返回地址、參數和局部變數。

堆：我們通過 new 算符和 malloc 函數分配得到的空間。

 

堆和棧在記憶體中分配位置，跟硬體架構和作業系統都有關係。
x86中棧都是由高地址向低地址分配，堆是由低地址向高地址分配，不過在 Windows 和 Linux 中堆和棧的位置相反，另外存放待用資料、代碼的地區位置也有一些不同。
棧是屬於線程的，每一個線程會有一個自己的棧。
2.局部自動變數
存放在棧區，在棧區裡面其實又可以分成好幾個地區，他們叫做棧楨，一個棧楨就是一個函數，需要調用該函數的時候就如入棧，函數return的時候就會彈出棧，所以他們的生命週期是從函數的開始直到函數結束。
而棧幀裡面又存放著什麼呢，棧幀存放著以下幾種東西：參數變數的地址，局部變數的地址，return的地址（還有棧指標和基指標，想知道這個是就什麼百度吧）
3.自動變數(未加static聲明的局部變數) ；
4.函數調用時的現場保護和返回地址等；
5.動態變數
通常是由malloc new等分配的空間，生命週期是從分配的那一刻直到free結束。
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靜態儲存方式
所謂靜態儲存方式是指在程式編譯期間分配固定的儲存空間的方式。
該儲存方式通常是在變數定義時就分定儲存單元並一直保持不變， 

直至整個程式結束。全域變數，靜態變數等就屬於此類儲存方式。  

 

靜態儲存區：
一定會存在的而且會永恒存在、不會消失，這樣的資料包括常量、常變數（const 變數）、靜態變數、全域變數等。
靜態 、常量、全域變數就是存放在靜態儲存區，他們在程式編譯完成後就已經分配好了，生命週期持續至程式結束。
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一、預備知識—程式的記憶體配置  
  一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分  
        1、棧區（stack）：由編譯器自動分配釋放   ，存放函數的參數值，局部變數的值等。其  操作方式類似於資料結構中的棧。  
        2、堆區（heap） ：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。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表，呵呵。  
        3、全域區（靜態區）（static）：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。程式結束後由系統釋放。  
         4、文字常量區：常量字串就是放在這裡的程式結束後由系統釋放  

         5、程式碼區：存放函數體的二進位代碼。

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總結
從以上分析可知， 靜態儲存變數是一直存在的， 而動態儲存裝置變數則時而存在時而消失。我們又把這種由於變數儲存方式不同而產生的特性稱變數的生存期。 

生存期表示了變數存在的時間。 生存期和範圍是從時間和空間這兩個不同的角度來描述變數的特性，這兩者既有聯絡，又有區別。 一個變數究竟屬於哪一種儲存方式， 並不能僅從其範圍來判斷，還應有明確的儲存類型說明。

 

記憶體中使用者儲存空間的分配情況（三種）：
程式區：存放程式語句

靜態儲存區：全域變數，局部靜態變數

存放全域變數，在程式開始執行時給全域變數分配儲存區，程式執行完畢就釋放。

動態儲存裝置區：函數形參變數（在調用函數時給形參分配儲存空間），局部動態變數(auto register)，函數調用現場保護和返回地址等。

 

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二.堆和棧的區別
1.申請方式

(1)棧（satck）:由系統自動分配。

　　1）程式運行時由編譯器自動分配的一塊連續的內容，存放函數的參數值，局部變數的值等。
例如，聲明在函數中一個局部變數int b;系統自動在棧中為b開闢空間。
　　2）程式結束時由編譯器自動釋放

　　3) 棧由系統自動分配，程式員無法控制

　　4）只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢出。
　　5）存取方式，先進後出

(2)堆（heap）:

      1）在記憶體開闢另一塊不連續的儲存地區。一般由程式員分配釋放，
　　2）若程式員不釋放，程式結束時由系統回收
　　3）首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的鏈表，當系統收到程式的申請時，會遍曆該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閑結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程式。

       需程式員自己申請（調用malloc,realloc,calloc）,並指明大小，並由程式員進行釋放。容易產生memory leak.eg:

 

1.  char p;
2.   p = (char *)malloc(sizeof(char));

 

但是，p本身是在棧中。

 

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在c中malloc函數 

如p1 = (char *)malloc(10); 
在C++中用new運算子 
如p2 = (char *)malloc(10); 
但是注意p1、p2本身是在棧中的。 

 

2.申請大小的限制

        （1）棧：在windows下棧是向底地址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體地區(它的生長方向與記憶體的生長方向相反)。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時間就確定的常數）。

棧的大小是固定的。如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

         （2）堆：堆是高地址擴充的資料結構（它的生長方向與記憶體的生長方向相同），是不連續的記憶體地區。這是由於系統使用鏈表來儲存空閑記憶體位址的，自然是不連續的，而鏈表的遍曆方向是由底地址向高地址。堆的大小受限於電腦系統中有效虛擬記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。
3.系統響應：
          （1）棧：只要棧的空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢出。
         （2）堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的鏈表，但系統收到程式的申請時，會遍曆該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閑鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程式，另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的free語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外，找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閑鏈表中。

           說明：

（1）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。

（2）對於棧來講，則不會存在這個問題，

4.申請效率的比較
      （1）棧由系統自動分配，速度快。但程式員是無法控制的

      （2）堆是由malloc分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生片段，不過用起來最方便。

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧，是直接在進程的地址空間中保留一塊記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

5.堆和棧中的儲存內容
        （1）棧：在函數調用時，第一個進棧的主函數中後的下一條語句的地址，然後是函數的各個參數，參數是從右往左入棧的，然後是函數中的局部變數。註：靜態變數是不入棧的。當本次函數調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程式由該點繼續執行。
         （2）堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式員安排。

6.存取效率的比較

        （1）堆：char *s1=”hellow tigerjibo”;hellow tigerjibo是在編譯是就確定的。

        （2）棧：char s1[]=”hellow tigerjibo”;hellow tigerjibo是在運行時賦值的；

用數組比用指標速度更快一些，指標在底層彙編中需要用edx寄存器中轉一下，而數組在棧上讀取。

棧在讀取時直接就把字串中的元素讀到寄存器cl中，而堆則要先把指標值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。

補充：

       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。

7.分配方式：
（1）堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。

（2）棧有兩種分配方式：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。它的動態分配是由編譯器進行釋放，無需手工實現。

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堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出： 
使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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。

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堆和棧的區別主要分： 
作業系統方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。 
還有就是資料結構方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這裡的堆實際上指的就是（滿足堆性質的）優先隊列的一種資料結構，第1個元素有最高的優先權；棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或資料結構。雖然堆棧，堆棧的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連著叫只是由於曆史的原因。

動態儲存裝置區、靜態儲存區、堆和棧的區別