不同类型的变量在内存中的分配与释放（详解）

一、堆和栈基本概念：

<1>堆和栈（理论部分）

     堆的概念：

这块内存是有很多内存块组成，很像鞭炮一样串在一根绳子上，但这些内存块的大小不一样，存储在链表结构中的结点中。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的堆节点，然后将该节点从空闲节点链表中删除，并将该节点的空间分配给程序。

      栈的概念：

这块内存是连续的，就好比是一个数组，所以你在内存分配的时候，会发现变量地址是连续的在函数调用时第一个进栈的主函数中的下一条指令（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，然后是函数中的局部变量。

<2>堆和栈(实际代码部分)

 

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>

int a=10;
char *pt;

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("全局存储区中数据地址(无初值):0x%08x\n",pt);
    printf("全局存储区中数据地址(有初值):0x%08x =%d\n",&a,a);
    const int MAXIN = 100;
    int *p = (int*)malloc(MAXIN *sizeof(int));//堆中数据地址
    printf("堆中数据地址:0x%08x\n",p);

    static int s_m=5;
    printf("静态数据地址(有初值):0x%08x  =%d\n",&s_m,s_m);
    
    static int s_j;
    printf("静态数据地址(无初值):0x%08x  =%d\n",&s_j,s_j);


    return 0;
}

 

从以上代码可知：

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1.栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
2.堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
3.自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。
4.全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
5.常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改）

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二、堆和栈区别对比

管理方式不同：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；
                        对于堆来讲，释放工作由程序员完成，容易产生memory leak(内存泄露)

空间大小不同：一般来说，在32位系统下， 堆内存可以达到4G的空间，从这个角度分析堆内存几乎是没有什么限制的，
                       对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，一般栈的空间大小是1M

能否产生碎片不同：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间不连续，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，他们是一一对应的。

生长方向不同：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，生长方向是向下的，也就是向着内存地址减小的方向增长

分配方式不同：堆是动态分配的，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。1>静态分配是编译器完成的，比如局部变量；2>动态分配由
                        alloca函数进行分配

分配效率不同：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；分队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，这就决定了站的效率比较高。
                        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，就有可能调用系统功能区增加
                                       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。

总结：从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态 和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。