操作系統復習 內存的深入理解

內存構成

程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

全局區（靜態區）（static）:全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束後由系統釋放。

棧區（stack):由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。

堆區（heap): 一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。註意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式類似鏈表。

內存分配方式

從靜態存儲區域分配 內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。 初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。

在棧上創建 在執行函數時，函數的參數值，內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建。函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。

從堆上分配，亦稱動態內存分配 程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但問題也最多。

int a = 0; //靜態存儲區（初始化區域） 

char *p1; //靜態存儲區（未初始化區域）

void example() 

{

int b;	         //棧

char s[] = "abc";	//棧 

char *p2;	         //棧 

static int c =0;	//靜態存儲區（初始化區域） 

p1 = (char *)malloc(10); 

p2 = (char *)malloc(20);//分配得來的10和20字節的區域就在堆上 

} 

堆和棧的區別

申請方式

棧: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間

堆: 需要程序員自己申請，並指明大小，在c中malloc函數 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運算符 如p2 = new char[10];

申請後系統的響應

棧：只要棧的剩余空間大於所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。

堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，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序。 另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。

申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。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，如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小 受限於計算機系統中有效的虛擬內存。堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

申請效率的比較

棧：由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆：是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.

幾種分配方式的內存生命期

靜態分配的區域的生命期是整個軟件運行期，就是說從軟件運行開始到軟件終止退出。只有軟件終止運行後，這塊內存才會被系統回收。

在棧中分配的空間的生命期與這個變量所在的函數、類和Block（即由{}括起來的部分）相關。如果是函數中定義的局部變量，那麽它的生命期就是函數被調用時，如果函數運行結束，那麽這塊內存就會被回收。如果是類中的成員變量，則它的生命期與類實例的生命期相同。如果在Block中定義的局部變量，則它的生命期僅在Block內。

在堆上分配的內存，生命期是從調用new或者malloc開始，到調用delete或者free結束。如果不調用delete或者free，則這塊空間只有到軟件運行結束後才會被Windows系統回收。

內存分配方式