C語言內存分配方式

1、內存分配方式內存分配方式有三種：1從靜態(tài)存儲區(qū)域分配。內存在程序編譯的時候就已經(jīng)分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。2在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。從堆上分配，亦稱動態(tài)內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態(tài)內存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責任回收它，否則運行的程序會出現(xiàn)內存泄漏，頻繁地分

2、配和釋放不同大小的堆空間將會產(chǎn)生堆內碎塊。程序的內存空間一個程序將操作系統(tǒng)分配給其運行的內存塊分為4個區(qū)域，如下圖所示。一個由C/C+編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分，1、棧區(qū)(stack)由編譯器自動分配釋放，存放為運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧。2、堆區(qū)(heap)一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。分配方式類似于鏈表。3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)、常量。程序結束后由系統(tǒng)釋放。4、文字常量區(qū)常量字符串就是放在這里的。程序結束后由系統(tǒng)釋放。5、程序代碼區(qū)存放函數(shù)體(類成員函

3、數(shù)和全局函數(shù))的二進制代碼。下面給出例子程序，inta=0;/全局初始化區(qū)char*p1;/全局未初始化區(qū)intmain()intb;/棧chars=abc;/棧char*p2;/棧char*p3=123456;/123456在常量區(qū)，p3在棧上。staticintc=0;/全局(靜態(tài))初始化區(qū)p1=newchar10;p2=newchar20;/分配得來得和字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。strcpy(p1,123456);/123456放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的123456優(yōu)化成一個地方。3堆與棧的比較3.1申請方式stack:由系統(tǒng)自動分配。例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量intb;系

4、統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間。heap:需要程序員自己申請，并指明大小，在C中malloc函數(shù)，C+中是new運算符。如p1=(char*)malloc(10);p1=newchar10;如p2=(char*)malloc(10);p2=newchar20;但是注意p1、p2本身是在棧中的。3.2申請后系統(tǒng)的響應棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。堆：首先應該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序。對于大多數(shù)系統(tǒng)，

5、會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。申請大小的限制棧：在Windows下，棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是一塊連續(xù)的內存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數(shù)），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。堆：堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是不連續(xù)的內存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑

6、內存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。申請效率的比較棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。堆是由new分配的內存，一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內存碎片,不過用起來最方便。另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是棧，而是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。3.5堆和棧中的存儲內容棧：在函數(shù)調用時，第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)

7、的各個參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當本次函數(shù)調用結束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。3.6存取效率的比較chars1=a;char*s2=b;a是在運行時刻賦值的；而b是在編譯時就確定的；但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串（例如堆）快。比如：intmain（）chara=1;charc=1234567890;char*p=1234567890;a=c1;a

8、=p1;return0;對應的匯編代碼10:a=c1;004010678A4DF1movcl,byteptrebp-0Fh0040106A884DFCmovbyteptrebp-4,cl11:a=p1;0040106D8B55ECmovedx,dwordptrebp-14h004010708A4201moval,byteptredx+1004010738845FCmovbyteptrebp-4,al第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，再根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。3.7小結堆和棧的主要區(qū)別由以下幾點：1、管理方式不同；2、空間大小不同；3

9、、能否產(chǎn)生碎片不同；4、生長方向不同；5、分配方式不同；6、分配效率不同；管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memoryleak?？臻g大小：一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的?？臻g大小是1M。當然，這個值可以修改。碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進后出的隊列，他們是如此的一一對應，

10、以至于永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進的棧內容已經(jīng)被彈出，詳細的可以參考數(shù)據(jù)結構。生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內存地址減小的方向增長。分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由malloca函數(shù)進行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。分配效率：棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧

11、都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C+函數(shù)庫提供的，它的機制是很復雜的，例如為了分配一塊內存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結構/操作系統(tǒng)）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內存碎片太多），就有可能調用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，然后進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的內存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣

12、泛的，就算是函數(shù)的調用也利用棧去完成，函數(shù)調用過程中的參數(shù)，返回地址，EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生(除非你是故意使其越界)，因為越界的結果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結構，產(chǎn)生以想不到的結果。4.new/delete與malloc/free比較從C+角度上說，使用new分配堆空間可以調用類的構造函數(shù)，而malloc()函數(shù)僅僅是一個函數(shù)調用，它不會調用構造函數(shù)，它所接受的參數(shù)是一個unsignedlong

13、類型。同樣，delete在釋放堆空間之前會調用析構函數(shù)，而free函數(shù)則不會。classTimepublic:Time(int,int,int,string);Time()coutcallTimesdestructorby:nameendl;private:inthour;intmin;intsec;stringname;Time:Time(inth,intm,ints,stringn)hour=h;min=m;sec=s;name=n;coutcallTimesconstructorby:nameendl;intmain()Time*t1;t1=(Time*)malloc(sizeof(Time);free(t1);Time*t2;t