堆内存与栈内存详解

一、预备知识—程序的内存分配 

一个由C/C&＃43;&＃43;编译的程序占用的内存分为以下几个部分 
1、栈区&＃xff08;stack&＃xff09;—由编译器自动分配释放 &＃xff0c;存放函数的参数值&＃xff0c;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&＃xff08;heap&＃xff09;— 一般由程序员分配释放&＃xff0c;若程序员不释放&＃xff0c;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&＃xff0c;分配方式倒是类似于链表
3、全局区&＃xff08;静态区&＃xff09;&＃xff08;static&＃xff09;—&＃xff0c;全局变量和静态变量的存储是放在一块的&＃xff0c;初始化的全局变量和静态变量在一块区域&＃xff0c;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。

二、例子程序

inta &＃61; 0; //全局初始化区
char*p1; //全局未初始化区
main()
{
int b; //栈 char s[] &＃61; "abc"; //栈 char *p2; //栈  char *p3 &＃61; "123456"; //123456\0在常量区&＃xff0c;p3在栈上。  static int c &＃61;0&＃xff1b; //全局&＃xff08;静态&＃xff09;初始化区 p1 &＃61; (char *)malloc(10);  p2 &＃61; (char*)malloc(20);  //分配得来的10和20字节的区域就在堆区, 但是注意p1、p2本身是在栈中的 strcpy(p1,"123456"); //123456\0放在常量区&＃xff0c;编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。  
} 

三、堆和栈的理论知识 
3.1申请后系统的响应 

栈&＃xff1a;只要栈的剩余空间大于所申请空间&＃xff0c;系统将为程序提供内存&＃xff0c;否则将报异常提示栈溢出。

堆&＃xff1a;首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表&＃xff0c;当系统收到程序的申请时&＃xff0c;会遍历该链表&＃xff0c;寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点&＃xff0c;然后将该结点从空闲结点链表中删除&＃xff0c;并将该结点的空间分配给程序&＃xff0c;另外&＃xff0c;对于大多数系统&＃xff0c;会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小&＃xff0c;这样&＃xff0c;代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外&＃xff0c;由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小&＃xff0c;系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 

注意这里&＃xff0c;malloc分配失败会返回空指针&＃xff0c;但new分配失败只会抛出异常,需要

catch( const bad_alloc& e ) {return-1;
}

3.2申请大小的限制 
栈&＃xff1a;在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构&＃xff0c;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&＃xff0c;在WINDOWS下&＃xff0c;由编译器决定栈的大小&＃xff08;一般1M/2M&＃xff09;&＃xff0c;如果申请的空间超过栈的剩余空间时&＃xff0c;将提示overflow。因此&＃xff0c;能从栈获得的空间较小。 
堆&＃xff1a;堆是向高地址扩展的数据结构&＃xff0c;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&＃xff0c;自然是不连续的&＃xff0c;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&＃xff0c;堆获得的空间比较灵活&＃xff0c;也比较大。 

3.3申请效率的比较&＃xff1a;

栈: 由系统自动分配&＃xff0c;速度较快。但程序员是无法控制的。 

堆: 由new分配的内存&＃xff0c;一般速度比较慢&＃xff0c;而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.另外&＃xff0c;在WINDOWS下&＃xff0c;最好的方式是用VirtualAlloc分配内存&＃xff0c;他不是在堆&＃xff0c;也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存&＃xff0c;虽然用起来最不方便。但是速度快&＃xff0c;也最灵活。

3.4堆和栈中的存储内容 
栈&＃xff1a; 在函数调用时&＃xff0c;第一个进栈的是主函数中后的下一条指令&＃xff08;函数调用语句的下一条可执行语句&＃xff09;的地址&＃xff0c;然后是函数的各个参数&＃xff0c;在大多数的C编译器中&＃xff0c;参数是由右往左入栈的&＃xff0c;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&＃xff0c;局部变量先出栈&＃xff0c;然后是参数&＃xff0c;最后栈顶指针指向最开始存的地址&＃xff0c;也就是主函数中的下一条指令&＃xff0c;程序由该点继续运行。 

堆&＃xff1a;一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。 

3.5存取效率的比较 

chars[] &＃61; "abc"; //栈
char*p3 &＃61; "123456"; //123456\0在常量区&＃xff0c;p3在栈上。

abc是在运行时刻赋值的&＃xff1b;而123456是在编译时就确定的&＃xff1b;但是&＃xff0c;在以后的存取中&＃xff0c;在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。 

3.6小心内存泄漏

在堆上分配内存很容易造成内存泄漏&＃xff0c;这是C/C&＃43;&＃43;的最大的“克星”&＃xff0c;如果你的程序要稳定&＃xff0c;那么就不要出现MemoryLeak。所以&＃xff0c;我还是要在这里千叮咛万嘱付&＃xff0c;在使用malloc系统函数&＃xff08;包括calloc&＃xff0c;realloc&＃xff09;时千万要小心。 

记得有一个UNIX上的服务应用程序&＃xff0c;大约有几百的C文件编译而成&＃xff0c;运行测试良好&＃xff0c;等使用时&＃xff0c;每隔三个月系统就是down一次&＃xff0c;搞得许多人焦头烂额&＃xff0c;查不出问题所在。只好&＃xff0c;每隔两个月人工手动重启系统一次。出现这种问题就是MemeryLeak在做怪了&＃xff0c;在C/C&＃43;&＃43;中这种问题总是会发生&＃xff0c;所以你一定要小心。 
 

对于malloc和free的操作有以下规则&＃xff1a; 
1)配对使用&＃xff0c;有一个malloc&＃xff0c;就应该有一个free。&＃xff08;C&＃43;&＃43;中对应为new和delete&＃xff09; 
2) 尽量在同一层上使用&＃xff0c;不要malloc在函数中&＃xff0c;而free在函数外。最好在同一调用层上使用这两个函数。 
3) malloc分配的内存一定要初始化。free后的指针一定要设置为NULL。 

注&＃xff1a;虽然现在的操作系统&＃xff08;如&＃xff1a;UNIX和Win2k/NT&＃xff09;都有进程内存跟踪机制&＃xff0c;也就是如果你有没有释放的内存&＃xff0c;操作系统会帮你释放。但操作系统依然不会释放你程序中所有产生了MemoryLeak的内存&＃xff0c;所以&＃xff0c;最好还是你自己来做这个工作。&＃xff08;有的时候不知不觉就出现MemoryLeak了&＃xff0c;而且在几百万行的代码中找无异于海底捞针&＃xff0c;Rational有一个工具叫Purify&＃xff0c;可能很好的帮你检查程序中的MemoryLeak&＃xff09;