堆内存和栈内存的探索

  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。 

写个函数测测

#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
int a = 0x1113; ///全局初始化区 
char *p1;// 全局未初始化区 
int a2=0x1113;
char a3='o';
char a4='e';

int main() 
{     
     int b=0x1111;//
     int b2=0x1112;//
     int b3=0x1111;//
     char s[] = "abc11111111111111111111111111111111"; //
     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  
     p2 = (char *)malloc(10);  
   //  p3 = (char *)malloc(20);  
     //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。  
     strcpy(p2, "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。  
}  

内存中情况

可以明显的观察到,堆中的内存是按内存地址增大的方向增长,而栈的内存是是按内存地址减小的方向增长的

同时,观察下内存栈中的数据,没有想象中int 类型就占四个字节,而是占了12个字节,在数据与数据之间有16个C存在(暂时不知道有什么用?貌似‘烫’这个产生的原因也是这个)

而反观内存堆中的的数据,int就占4个字节,char就是1个字节

所以:

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p2 = (char *)malloc(10);p2本身是在栈中的,而p2所指之物是在堆中 

1.系统分配:

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。  (ps:malloc在操作系统的内存分配方式有点像STL的内存分配)

2.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。  (ps:所以容易造成栈溢出,而堆不容易溢出)

3.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  
4.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。  

 5.考虑访问

     char c[] = "1234567890";      
     char *p ="1234567890";     
     a = c[1];      
     a = p[1];      

 两者都是在内存栈空间,但是C的字符串是直接在内存栈保存,而p的内存栈中保存了一个地址,指向字符串在内存中的位置

6.释放机制

内存栈的数据在函数结束的时候系统自动回释放,而堆中的数据需要手动释放,如果在程序结束的时候不释放,就会造成内存泄露!

char* AllocStrFromStack()  
{  
    char *pstr={"1234123123123"};
    printf("%s
",pstr);
    return pstr;  
}  
int main(){
    char *p=AllocStrFromStack();
    printf("%s
",p);
}
1234123123123
1234123123123

上面的函数的pstr是在内存栈上,但是所指向的字符串是存在文字常量区,所以结果一致

char* AllocStrFromStack()  
{  
    char pstr[30]={"1234123123123"};
    printf("%s
",pstr);
    return pstr;  
}  
int main(){
    char *p=AllocStrFromStack();
    printf("%s
",p);
}

1234123123123
1234岨

结果就不一致了,因为字符串是在内存栈上的,在函数结束的时候,系统收回内存,在执行下去的时候,原先栈中的数据被覆盖了,就出现如上结果了

char* AllocStrFromStack()  
{  
    char *pstr;
    pstr=(char *)malloc(sizeof(char)*30);
    strcpy(pstr,"1234123123123");
    printf("%s
",pstr);
    return pstr;  
}  
int main(){
    char *p=AllocStrFromStack();
    printf("%s
",p);
}

结果跟第一类一致,这里的字符串就被存在内存堆空间里

操作总结:

堆内存是用户申请 释放,所以在写的时候要有良好的习惯,在malloc与delete,new与free成对

malloc分配的内存一定要初始化。free后的指针一定要设置为NULL。 

部分内容参考: http://qq164587043.blog.51cto.com/261469/49492

原文地址:https://www.cnblogs.com/huhuuu/p/3438824.html