C++中系统内存分区与程序内存分区

C++中系统内存分区：

http://gaofeilonglcu.blog.163.com/blog/static/130864291201082084933665/（貌似是个高手写的）

    在C++中，内存可分为系统数据区，自由存储区，文本区，const数据区，全局静态区，堆区和栈区。其中，系统数据区存放的是系统数据，我们是不能自由 访问的，有时候windows系统会突然弹出一个消息框，内容是“内存不能为read”就是错误访问系统数据区的结果；自由存储区用来存放由C延伸而来的 malloc()函数所分配的数据；文本区存放着我们的函数代码，我们调用函数时的底层行为就类似于先去操作一个指针，而这个指针就指向函数指令所在的地 址，也就是在文本区中；const数据区，顾名思义，就是存放不可修改的数据的内存区域，我们定义的const变量都存放在这里。最后，我们来看全局静态 存储区、堆区和栈区。
       先来看全局静态存储区，在程序中，由static标号定义的数据都存放在全局静态存储区中，不论是在main()函数之外的定义的全局变量，还是在子函数 中定义的局部变量，只要在定义之前有static标号，定义之后就会始终存在于全局静态存储区中。当然，在main()函数之外定义的全局静态变量在任何 地方都可以访问，而在子函数中定义的局部静态变量只有在定义该变量的模块中可见。但是也存在这样一种现象：如前边所述，即使在子函数中定义的局部静态变 量，其存在形式也是静态的，也就是说，只要在变量定义的语句执行之后，即使在变量不可见的地方，只要对该变量所在的地址取地址解析操作，也是可以获得该变 量的值的。比如我们在函数fun()中定义了一个static int a=100;假设该变量的地址是0x0042AD54，我们在main()函数中调用fun()之后，如果对0x0042AD54取地址解析，也是可以得 到100的：int* p=(int*)0x0042ad54; int b=*p;这里b被赋值100。由此，我们可以看到，凡是有static定义的变量的生命周期就是整个程序的生命周期，直到程序退出，静态变量所占据的内 存才会被释放。
        堆存储区的行为类似于静态存储区，当我们在堆上分配内存之后，如果不进行手动的释放，其内存是不会自动释放掉的。但是在JAVA中，有一种叫做垃圾清理的 机制可以自动清理堆内存，但是在C++中没有这样的机制。也就是说，在C++中，如果我们分配了堆内存，就必须手动释放它。否则如果我们不停的分配堆内 存，但是不对其进行释放，当对内存被耗尽是就会造成程序崩溃。
一般地，用new分配的变量是存放于堆内存中的，但是返回的指针变量是存放在栈中的。当我们在一个子函数中new了一个变量，但是在函数返回时既没有保存 new返回的指针，也没有delete时，就会造成内存泄露。如果我们写的是服务器程序，不断地内存泄露所造成的最终结果就是服务器死机。但是在 windows、linux以及其他一些成熟的系统中，都有类似于内存保护的机制。系统会给用户程序分配一定的运行所需的内存，同是也会给系统自身的运行 保留一部分内存，这部分内存是用户程序所不能访问的。如果我们编写的程序存在内存泄露，当耗尽系统给应用程序分配的内存之后，程序就会停止运行，而不会造 成系统的司机。
       至于栈内存，也是我们在写程序中用到的最多的情况。程序中定义的 每一个临时对象，new所返回的指针，以及递归函数中变量都是存放在栈中的。栈内存是可以自动释放的，当我们在某个模块中定义了一个对象，在该模块结束 时，变量所占据的内存就会被系统回收，在定义新的变量时，新的变量就有可能存放在原变量所在的地址上，但是在系统回收栈内存的时候，是不会清空所释放的栈 内存中的数据的，只是将栈顶重新调整，并在新数据的到来时将其分配到栈顶。
       在C++中，虽然可以自由操作内存，但这种技术就像是一把双刃剑，用好了锋利无比，用不好反而会造成一些自己都不能理解的莫名其妙的结果。深入理解内存的分配方式，对于实际编程是大有助益的。

 

程序内存分区： 

http://blog.csdn.net/xiuuriel/archive/2006/09/27/1293999.aspx
     在C++中，内存分成6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，程序代码段。 
     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，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，在《const的思考》一文中，我给出了6种方法）  

//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

char *p2; 栈

char *p3 = "123456"; 123456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。

}

            
明确区分堆与栈  

http://blog.csdn.net/adermxl/archive/2010/10/02/5918685.aspx
    什么是堆：堆是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是

用户分配的空间。堆在操作系统对进程 初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是

记得用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。

   什么是栈：栈是线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个

线程的栈互相独立。每个函数都有自己的栈，栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候

会自动的切换栈，就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

   以上的概念描述是标准的描述，不过有个别语句被我删除，不知道因为这样而变得不标准了^_^.

   在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。  
    首先，我们举一个例子：  
    void   f()   {   int*   p=new   int[5];   }    
    这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator   new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：  
          00401028       push                 14h  
          0040102A       call                 operator   new   (00401060)  
          0040102F       add                   esp,4  
          00401032       mov                   dword   ptr   [ebp-8],eax  
          00401035       mov                   eax,dword   ptr   [ebp-8]  
          00401038       mov                   dword   ptr   [ebp-4],eax  
          这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete   p么？澳，错了，应该是delete   []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。  
          好了，我们回到我们的主题：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。  
          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,就 算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）  
          对了，还有一件事，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，呵呵，清楚了？

 

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static用来控制变量的存储方式和可见性。 

 
                函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上分配空间，函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉，这样就产生了一个问题:   如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时，如何实现？   最容易想到的方法是定义一个全局的变量，但定义为一个全局变量有许多缺点，最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围（使得在此函数中定义的变量，不仅仅受此函数控制）。  
   
                需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。  
   
                static的内部机制：  
                静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。  
                这样，它的空间分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的main（）函数前的全局数据声明和定义处。  
              静态数据成员要实际地分配空间，故不能在类的声明中定义（只能声明数据成员）。类声明只声明一个类的“尺寸和规格”，并不进行实际的内存分配，所以在类声明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义，因为那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义。  
              static被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态  
  数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。  
   
                static的优势：  
                可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。  
   
                  引用静态数据成员时，采用如下格式：  
                    <类名>::<静态成员名>  
          如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，按上述格式  
  来引用静态数据成员。  
   
                PS:  
              (1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致  
  了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。  
              (2)不能将静态成员函数定义为虚函数。  
              (3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊  
  ，变量地址是指向其数据类型的指针   ，函数地址类型是一个“nonmember函数指针”。  
   
              (4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就  
  产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-based   X   W  
  indow系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。  
              (5)static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问  
  时间，节省了子类的内存空间。  
              (6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。  
              (7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。  
              (8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:  
              初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆；  
              初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等；  
                        初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；  
                        所以我们得出静态数据成员初始化的格式：  
                    <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>  
              (9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但我们有重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用了一种绝妙的手法：name-mangling   用以生成唯一的标志。

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