C语言内存四区

 

1.内存四区模型：

操作系统给C/C++编写的程序分配内存，通常将分配的内存划分为以下四个区域：
1.1栈区（stack）：栈stack是一种先进后出的内存结构，所有的局部变量，函数的形参都是由编译器自动放出栈中，当一个自动变量超出其作用域时，自动从栈中弹出，用完由操作系统自动释放
1.2堆区（heap）：堆区需要程序员手动分配,手动释放，在C语言中可使用malloc进行分配。
1.3数据区：

静态区：全局变量以及程序中的静态变量。

常量区（static）：字符串、常量。C编译器对于相同的字符串会自动进行优化分配为统一的地址。
1.4代码区：
存放程序的二进制代码，程序被操作系统加载到内存的时候，所有的可执行代码都加载到代码区，也叫代码段，这块内存是不可以在运行期间修改的。

例子：
//main.cpp    
int a = 0; //全局初始化区  
char *p1; //全局未初始化区  

main()  
{  
    int b; //栈  
    char s[] = "abc"; //栈 ，编译时将"abc"存储到常量区，运行时将常量区的值拷贝靠栈区。
    char *p2; //栈  
    char *p3 = "123456"; //123456\\0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);//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。  
    strcpy(p1, "123456"); //123456\\0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。        
} 

这里可以看看这篇博文：C语言进阶之路（一）----C语言的内存四区模型。

2.堆和栈的相关知识：

2.1申请方式
stack: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2.2 申请后系统的响应
栈：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。
堆：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。

2.3申请大小的限制
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，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），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：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。
所以在程序中自动变量数组（函数内部）不能很大，因为栈（这就是我们通常说的程序的堆栈段，大数组发生段溢出）的大小有限，而可以申请为全局变量，因为那是分配在静态区，大小不受限制。

2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new（c语言为malloc）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。

2.5堆和栈中的存储内容
栈： 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。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

2.6存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb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。

refer：C语言的内存分配