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内存的分配【基础知识】—c/c++

洛茄 2022-02-05 阅读 106

文章目录

五个区域


1,代码区

你所写的所有代码都会放入到代码区中,代码区的特点是共享和只读。存放函数体的二进制代码


2,全局区(静态区,全局静态区)

全局区存放的数据:全局变量,静态变量

可以继续下分两个区:(c语言,c++语言不区分)

data区:已经初始化的全局变量,静态变量。

bas区:未初始化的全局变量,静态变量。(这些未初始化的数据在程序执行前会自动被系统初始化为0或者null)


3,文字常量区

常量字符串(程序结束后由系统释放)


4,栈区

程序运行时由编译器自动分配,存放函数的参数,局部变量等值。其操作方式类似于数据结构中的栈。程序结束时由编译器自动释放。


5,堆区

内存中开辟的另一块存储区域。一般由程序员分配,释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收,注意它与数据结构中的堆是两回事。分配方式类似于链表,用malloc,colloc,realloc等分配的就在堆上。

对于malloc和free的操作有以下规则:




内存分配的三种方式

1,静态存储区分配:内容在程序编译的时候就已经好了,这块内存在程序的整个运行期间存在。如全局变量,静态变量。

2,在栈上分配:函数内的局部变量在栈上创建,函数执行结束的时候系统自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率极高,但分配的内容容量有限。

3,在堆上分配(动态内存分配):程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责free或delete释放内存。动态内存的生命周期由程序员自己决定。如果在堆上分配了内存,必须注意释放它,否则会出现内存泄漏。频繁的分配和释放不同大小的堆空间会产生堆内碎块。


静态分配和动态分配的区别

1,空间不同

堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有两种分配方式(动态分配和静态分配)。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配是由malloc进行分配。不过栈的动态分配和堆的不同,它的动态分配是由编译器进行释放的,无需手动实现。

2,时间不同

静态分配发生在程序编译和连接的时候。动态分配则发生在程序调入和执行的时候。

例子:

int a = 0;    //全局初始化区
char *p1;    //全局未初始化区
int main()
{
    int b;    //栈
    char s[] = "abc";    //栈
    char *p2;    //栈
    char *p3 = "123456";    //“123456/0”在常量区,p3在栈上
    static int c = 0;    //全局(静态)初始化区
    p1 = (char *)malloc(10);    //分配的10字节在堆上,p1指向这块区域
    p2 = (char *)malloc(20);    //分配的20字节在堆上,p2指向这块区域
 
    strcpy(p1, "123456");    //“123456\0”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。
    //static修饰的全局变量不能使用extern。修饰的局部变量的寿命和函数一样。
}



堆和栈的比较

  • 申请方式

    stack:由系统自动分配。例如在函数中声明一个变量int b,系统自动的在栈中为b开辟空间。

    heap:需要程序员自己申请,并指明大小。在c中主要用malloc函数,在c++中主要用new运算符。

如:

注意:p1,p2本身是在栈中的,只是指向堆内的空间。


  • 申请后系统的响应

    stack:只要栈的剩余空间大于申请的空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

    heap:
    1, 首先应该知道操作系统中有一个记录空闲地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将这个堆结点从空闲结点链表中删除,并将这个结点对应的空间分配给程序。

    ​ 2, 对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样代码在执行delete语句的时候才能正确的释放本内存的空间。

    ​ 3, 由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的部分重新放入空闲链表。


  • 申请大小的限制

    stack:在Windows下,栈是想低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。也就是说栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在Windows下,栈的大小是2M(可能),如果申请的空间超过栈剩余的空间是,将提示overflow,因此能从栈中的空间较小。

    heap:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储空间内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是从低地址到高地址,所以堆的大小受限于计算机系统有效的虚拟内存。可见队获得的空间比较灵活,也比较大。一般在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间。


  • 申请效率的比较

    stack:由系统自动分配,速度较快。但是程序员无法控制。

    heap:堆是由new分配的内存,一般速度较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来方便。


  • 存储内容的比较

    stack:在函数调用的时候,第一个进栈的是函数调用语句的下一条可执行语句的地址。然后是函数的各个参数,在大多数中的c编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中局部变量。(注意:静态变量是不入栈的)当本次函数调用结束的时候,局部变量先出栈,然后是参数,最后是栈顶的指针指向的最开始存的地址。

    顺序:指令的地址 —> 参数 —> 局部变量

    heap:一般是在堆的头部(第一个字节处)放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。


  • 存放效率的比较

    char s1[] = "a";
    char *s2 = "b";
    

    a是运行的时候赋值的,而b是在编译时就确定的。在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串快。(上面有分析)
    因为栈是机器系统提供的数据结构,计算机在底层对栈提供支持(分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈和出栈都有串门的指令执行),堆是c++/c函数库提供的,机制很复杂,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。

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