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在C++中,内存分成5个区,他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。
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。
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。
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。
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(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与静态变量在相邻的另一块区域,同时未被
初始化的对象存储区可以通过void*来访问和操纵,程序结束后由系统自行释
放),在C++里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。
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,而且方法很多)
堆和栈究竟有什么区别?
主要的区别由以下几点:
1、管理方式不同;
2、空间大小不同;
3、能否产生碎片不同;
4、生长方向不同;
5、分配方式不同;
6、分配效率不同;
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。
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,默认的栈空间大小是1M(好像是,记不清楚了)。
当然,我们可以修改:
打开工程,依次操作菜单如下:Project->Setting->Link,在Category 中
选中Output,然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。
注意:reserve最小值为4Byte;commit是保留在虚拟内存的页文件里面,它设
置的较大会使栈开辟较大的值,可能增加内存的开销和启动时间。
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,详细
的可以参考数据结构,这里我们就不再一一讨论了。
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。
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。
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。
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。
虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大
量的内存空间,还是用堆好一些。
new&delete和malloc&free的联系与区别
new和malloc都是申请内存空间,分配的空间都在堆存储区。
new的时候会初始化内存空间,而malloc只是申请了内存空间,不进行初始化;同时,delete会调用析构函数,而free只是释放内存空间,指针还在(因此free之后,还需要设置指针为NULL)。
malloc&free是C/C++的标准库函数,而new&delete是C++的运算符。