C/C++内存分配管理
一.编译的程序占用内存区:
在C++中内存分为5个区,分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。
堆(heap):堆是操作系统所维护的一块特殊内存,用于程序的内存动态分配。
生命周期:开发者手动申请和释放,C使用malloc/free从堆上分配、释放内存,C++使用new/delete;
存放内容:malloc、new申请的内容;
栈(stack):在执行函数时由编译器自动分配与释放,配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
生命周期:函数执行结束时自动被释放;
存放内容:运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等,如临时变量、临时数组、临时字符串等;
全局/静态存储区:在程序编译时已分配,全局区分为已初始化全局区(data数据区)和未初始化全局区(bss缓存区)
生命周期:整个程序运行期间都存在,程序结束后由系统释放。
存放内容:全局变量,static修饰的(全局&局部)静态变量。
常量存储区:生命周期:同全局变量,程序结束后有系统释放。存放的是常量(const),不允许修改。如常量字符串等;
代码区(text):存放函数体(类成员函数和全局区)的二进制代码。
二、3种内存分配方式
从静态存储区分配:
内存在程序编译的时候已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。
在栈上创建:
在执行函数时,函数内局部变量的存储单元可以在栈上创建,函数执行结束时,这些内存单元会自动被释放。
栈内存分配运算内置于处理器的指令集,效率高,但是分配的内存容量有限。
从堆上分配
亦称为动态内存分配。 程序在运行的时候使用malloc或者new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。 动态内存的生命周期有程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,既有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏,频繁的分配和释放不同大小的堆空间将会产生内存碎片。
三、内存分配简易图
补充:
在 C 语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的(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。
四、堆和栈的区别
管理方式不同:栈是由编译器自动申请和释放空间,堆是需要程序员手动申请和释放;
空间大小不同:栈的空间是有限的,在32位平台下,VC6下默认为1M,堆最大可以到4G;
能否产生碎片:栈和数据结构中的栈原理相同,在弹出一个元素之前,上一个已经弹出了,不会产生碎片,如果不停地调用malloc、free对造成内存碎片很多;
生长方向不同:堆生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向,栈刚好相反,向着内存减小的方向生长。
分配方式不同:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有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 malloc 函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。
分配效率不同:栈的效率比堆高很多。栈是机器系统提供的数据结构,计算机在底层提供栈的支持,分配专门的寄存器来存放栈的地址,压栈出栈都有相应的指令,因此比较快。堆是由库函数提供的,机制很复杂,库函数会按照一定的算法进行搜索内存,因此比较慢。
五、关于内存分配这块,比较重要的知识点就是动态内存管理,
借鉴博客:
C/C++动态内存管理malloc/new、free/delete的异同:
https://blog.csdn.net/cherrydreamsover/article/details/81022039
浅谈“C语言动态内存管理:malloc/calloc/realloc/free”
https://blog.csdn.net/cherrydreamsover/article/details/81019360
六、静态全局变量、全局变量、静态局部变量、局部变量的区别
静态全局变量、全局变量区别
(1)静态全局变量和全局变量都属于常量区 (2)静态全局区只在本文件中有效,别的文件想调用该变量,是调不了的,而全局变量在别的文件中可以调用 (3)如果别的文件中定义了一个该全局变量相同的变量名,是会出错的。
静态局部变量、局部变量的区别
(1)静态局部变量是属于常量区的,而函数内部的局部变量属于栈区; (2)静态局部变量在该函数调用结束时,不会销毁,而是随整个程序结束而结束,但是别的函数调用不了该变量,局部变量随该函数的结束而结束; (3)如果定义这两个变量的时候没有初始值时,静态局部变量会自动定义为0,而局部变量就是一个随机值; (4)静态局部变量在编译期间只赋值一次,以后每次函数调用时,不在赋值,调用上次的函数调用结束时的值。局部变量在调用期间,每调用一次,赋一次值。