栈区,堆区,全局区,文字常量区,程序代码区 详解

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,呵呵。
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。

例子程序
这是一个前辈写的,非常详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
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 10 和 20 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。
}

二、堆和栈的理论知识
2.1 申请方式
stack:
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:
需要程序员自己申请,并指明大小,在 c 中 malloc 函数
如 p1 = (char *)malloc(10);
在 C++ 中用 new 运算符
如 p2 = (char *)malloc(10);
但是注意 p1 、 p2 本身是在栈中的。

2.2 申请后系统的响应
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。
堆: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。

2.3 申请大小的限制
栈:在 Windows 下 , 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: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。


2.4 申请效率的比较:
栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
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。

2.5 堆和栈中的存储内容
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。
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。

2.6 存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa 是在运行时刻赋值的;
而 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。


2.7 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: new 、 malloc 、 delete 、 free 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 c 中 malloc 函数如 p1 = (char *)malloc(10) ;在 C++ 中用 new 运算符,但是注意 p1 、 p2 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 下 , 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。

在 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)

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