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  • 程序的内存空间 堆空间和栈空间的区别

     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,其操作方式类似于数据结构的栈。

    用于存放函数的参数值,用户程序临时创建的局部变量等,即函数括号"{}"中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此之外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,等到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。

    由于栈的后进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,可以把栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

    2、堆区(heap):

    一般是由程序员分配释放,若程序员不释放的话,程序结束时可能由OS回收。它与数据结构的堆是两回事,分配方式倒是类似于数据结构的链表。

    用于存放程序运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。

    当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)。

    3、全局区(static):也叫静态数据内存空间,存储全局变量和静态变量,全局变量和静态变量的存储是放一块的,初始化的全局变量和静态变量放一块区域,没有初始化的在相邻的另一块区域,程序结束后由系统释放。

    (1)BSS段(Block Started by Symbol):通常指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。属于静态内存分配。

    (2)数据段:通常指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。属于静态内存分配。

    4、文字常量区:常量字符串就是放在这里,程序结束后由系统释放。

    5、程序代码区:

    通常指用来存放程序执行代码(函数体的二进制代码)的一块内存区域。

    这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且该内存区域通常属于只读,某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。

    在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,如字符串常量等。

    假如机器中有数个进程运行相同的一个程序,那么它们就可以使用同一个代码段。

    堆和栈的区别:
    一、由以上综述就可以得知,他们程序的内存分配方式不同。

    二、申请和响应不同:
    1、申请方式:stack由系统自动分配,heap需要程序员自己申请,C中用函数malloc分配空间,用free释放,C++用new分配,用delete释放。
    2、申请后系统的响应:
    栈:只要栈的剩余空间大于所申请的空间,体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的空间的堆结点,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或free语句就能够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,系统会将多余的那部分重新放入空闲链表中。

    三、 申请的大小限制不同:
    栈:在windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域,栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,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,这是由于系统是由链表在存储空闲内存地址,自然堆就是不连续的内存区域,且链表的遍历也是从低地址向高地址遍历的,堆得大小受限于计算机系统的有效虚拟内存空间,由此空间,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

    四、申请的效率不同:
    栈:栈由系统自动分配,速度快,但是程序员无法控制。栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。
    堆:堆是由程序员自己分配,速度较慢,容易产生碎片,不过用起来方便。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的。

    五、堆和栈的存储内容不同:
    栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是从右往左入栈的,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。
    堆:一般是在堆头部用一个字节存放堆的大小,具体内容由程序员安排。

    六、碎片问题:

    对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。

    对于栈来讲,则不会存在这个问题,因为栈是先进后出得队列,它们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出。

    七、分配方式:

    堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。

    栈有两种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloc函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

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