【操作系统】c++程序的内存分配
进程在
内存中的分区情况
是这样的:
1,
栈区(stack):栈区是由编译器自动分配和释放的,主要存放局部变量、函数参数值等,就连函数的调用过程都是用栈来完成的。
栈空间的大小是有限制的,一般是1~8Mb,跟操作系统有关,所以如果需要申请大块内存的时候栈空间往往是不够用的,需要借助堆(heap)内存来存储。
每一个线程都会有一个自己的栈空间。
栈区内存的生长方向是
从高到低的。
2,
堆区(heap):这个区域的内存空间是由程序猿管理的一段内存区域,由程序猿手动申请,同时使用完之后需要手动释放。如果程序猿没有释放,会造成内存泄漏,之后到程序结束的时候才由操作系统回收。
操作系统给每个进程允许使用的堆空间很大,几乎只收到真实物理内存大小的限制。
堆区空间的生长方向是
从低到高的,这一点与栈是不一样的,做个实验证实一下:
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a1 = 0, a2 = 0;
int* p1 = new int(0);
int* p2 = new int(0);
cout<<&a1<<" "<<&a2<<endl;
cout<<p1<<" "<<p2<<endl;
return 0;
}
看结果,a2地址要低于a1地址,而对于堆,p2 > p1。
3,
全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存数区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量放在一块区域,初始化过的放在相邻的一块区域。这段内存区域在编译时就申请好了,程序结束后由系统释放。
4,
文字常量区:主要存放常量字符串,程序结束之后由系统释放空间,因为存储的是常量,所以这个区域的内存是不能够被修改的。
5,
程序的代码区:这个区域主要存放程序的二进制代码。
栈和堆的区别:
主要区别由以下几点:
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。当然,这个值可以修改。
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。
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malloca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。
无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果。
【推荐】国内首个AI IDE,深度理解中文开发场景,立即下载体验Trae
【推荐】编程新体验,更懂你的AI,立即体验豆包MarsCode编程助手
【推荐】抖音旗下AI助手豆包,你的智能百科全书,全免费不限次数
【推荐】轻量又高性能的 SSH 工具 IShell:AI 加持,快人一步
· 被坑几百块钱后,我竟然真的恢复了删除的微信聊天记录!
· 没有Manus邀请码?试试免邀请码的MGX或者开源的OpenManus吧
· 【自荐】一款简洁、开源的在线白板工具 Drawnix
· 园子的第一款AI主题卫衣上架——"HELLO! HOW CAN I ASSIST YOU TODAY
· Docker 太简单,K8s 太复杂?w7panel 让容器管理更轻松!