• 内存分配、C++变量的生命周期和作用域


      

    1.内存分配

       程序的内存分配有以下几个区域:堆区、栈区、全局区、程序代码区,另外还有文字常量区。

       栈区 ——存放局部变量,即由auto修饰的变量,一般auto省略。由编译器自动分配释放。局部变量定义在函数体内,且无static修饰。当程序执行进入函数后 ,才为变量分配存储空间。当退出函数后,自动释放分配的空间。

       堆区 ——程序员要分配和释放的空间,就是new分配的内存块,编译器不参与管理这块内存的分配和释放。如果在函数内部new指针和申请内存的话,在函数内部不delete释放的话,在函数外部由于作用域的问题也不能进行释放,就会造成内存泄漏。

       全局区(静态区) ——存储全局变量和静态变量。全局变量,其他文件中要使用必须用extern 关键字声明要引用的全局变量。静态变量分为静态局部变量和静态全局变量,都用static声明。

           程序代码区 ——存放函数体的二进制代码。

    堆和栈主要的区别体现管理方式不同、空间大小不同、能否产生碎片不同、生长方向不同、分配方式不同、分配效率不同。(来源:《C++内存管理》)

    (1)管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。

    (2)空间大小:一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下面,默认的栈空间大小记忆中是1M。

    (3)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,因为栈是先进后出的队列,他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,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出。

    (4)生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。

    (5)分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2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alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

    (6)分配效率: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。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

    2.C++变量的生命周期

      全局变量、静态全局变量、静态局部变量——程序运行期一直存在。

      局部变量——在局部作用域内有效,即程序执行时进入对应函数后,才为变量分配存储空间,退出该函数后,自动释放分配的空间。

    3.C++变量的作用域

      全局变量——全局作用域,在一个源文件定义,可用于所用原文件。其他文件使用要先做extern关键字声明。

        静态全局变量——在本定义的文件中有效。

      静态局部变量——局部作用域。

      局部变量——局部作用域。

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