• 堆内存与栈内存详解


    <span style="font-size: 12pt; font-family: sans-serif; line-height: 0.74cm; background-color: rgb(193, 230, 198);">一、预备知识—程序的内存分配 </span>

    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 ,存放函数的参数值,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heap)— 一般由程序员分配释放,若程序员不释放,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,分配方式倒是类似于链表
    3
    、全局区(静态区)(static)—,全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,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

    <pre name="code" class="html">inta = 0; //全局初始化区
    char*p1; //全局未初始化区
    main()
    {
    int b; //栈 
       char s[] = "abc"; //栈 
       char *p2; //栈  
       char *p3 = "123456"; //123456在常量区,p3在栈上。  
       static int c =0; //全局(静态)初始化区 
       p1 = (char *)malloc(10);  
        p2 = (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放在常量区,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 

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

    :首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,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语句才能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,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 

    注意这里,malloc分配失败会返回空指针,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 
    :在Windows,栈是向低地址扩展的数据结构,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,在WINDOWS下,由编译器决定栈的大小(一般1M/2M),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。 
    堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,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,堆获得的空间比较灵活,也比较大。 


    3.3申请效率的比较

    : 由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。 

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



    3.4堆和栈中的存储内容 
     在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,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,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,程序由该点继续运行。 

    :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[] = "abc"; //栈 
    char*p3 = "123456"; //123456在常量区,p3在栈上。


    abc是在运行时刻赋值的;而123456是在编译时就确定的;但是,在以后的存取中,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,这是C/C++的最大的“克星”,如果你的程序要稳定,那么就不要出现MemoryLeak。所以,我还是要在这里千叮咛万嘱付,在使用malloc系统函数(包括callocrealloc)时千万要小心。 

    记得有一个UNIX上的服务应用程序,大约有几百的C文件编译而成,运行测试良好,等使用时,每隔三个月系统就是down一次,搞得许多人焦头烂额,查不出问题所在。只好,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,在C/C++中这种问题总是会发生,所以你一定要小心。 
     

    对于mallocfree的操作有以下规则: 
    1)
    配对使用,有一个malloc,就应该有一个free。(C++中对应为newdelete) 
    2) 
    尽量在同一层上使用,不要malloc在函数中,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:虽然现在的操作系统(如:UNIXWin2k/NT)都有进程内存跟踪机制,也就是如果你有没有释放的内存,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,所以,最好还是你自己来做这个工作。(有的时候不知不觉就出现MemoryLeak了,而且在几百万行的代码中找无异于海底捞针,Rational有一个工具叫Purify,可能很好的帮你检查程序中的MemoryLeak




    
    


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