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堆記憶體和棧記憶體

程式的記憶體分配

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(作業系統)自動分配釋放,存放函式的引數值區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

  2. 堆區(heap)(new、malloc等) —— 一般由程式設計師分配釋放, 若程式設計師不釋放,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連結串列。

  3. 全域性區(靜態區)(static)—— 全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的,初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域, 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。—— 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. 程式程式碼區 —— 存放函式體的二進位制程式碼

堆疊快取方式

棧使用的是一級快取, 他們通常都是被呼叫時處於儲存空間中,呼叫完畢立即釋放。
堆則是存放在二級快取中,生命週期由虛擬機器的垃圾回收演算法來決定(並不是一旦成為孤兒物件就能被回收)。所以呼叫這些物件的速度要相對來得低一些。

一個例子:

 //main.cpp    
char *p1;   //全域性未初始化區
main()
{
    int b;   //棧
    char s[] = "abc";   //棧
    char *p2;   //棧
    char
*p3 = "123456"; // 123456 / 0在常量區,p3在棧上。 static int c = 0; //全域性(靜態)初始化區 p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。 strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456" //優化成一個地方。 }

區別對比

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,釋放工作由程式設計師控制,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(所以遞迴呼叫太多層後會棧溢位)。當然,這是可以修改的。
碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題。
生長方向:對於堆來講,生長方向是向上的,也就是向著記憶體地址增加的方向;對於棧來講,它的生長方向是向下的,是向著記憶體地址減小的方向增長。
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,比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式進行分配,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。
分配效率:棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的地址,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++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式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)在堆記憶體中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,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

小結

從這裡我們可以看到,堆和棧相比,由於大量new/delete的使用,容易造成大量的記憶體碎片;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,就算是函式的呼叫也利用棧去完成,函式呼叫過程中的引數,返回地址,EBP和區域性變數都採用棧的方式存放。所以,我們推薦大家儘量用棧,而不是用堆。
雖然棧有如此眾多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的記憶體空間,還是用堆好一些。
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 序執行過程中,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,那時候debug可是相當困難的:)