关于栈区、堆区、全局区、文字常量区、程序代码区

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分

栈区(

stack

)

由编译器自动分配、释放，存放函数的参数值、局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

堆区(

heap

)

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，分配方式倒是类似于链表

全局区(静态区)(

static

)

全局变量和静态变量的存储是放在一块的，程序结束后由系统释放。

• 初始化的全局变量和静态变量在一块区域,

• 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。

文字常量区

常量字符串就是放在这里的，程序结束后由系统释放

程序代码区

存放函数体的二进制代码。

int a = 0; //全局初始化区
char *p; //全局未初始化区
int main(int argc, char * argv[]) {
 int b; //栈
 char *p1; //栈
 char s[] = "abc"; //栈
 char *p2 = "123456"; //"123456"在常量区，p2在栈上
 static int c = 0; //全局静态区，初始化区
 p = (char *)malloc(10); //分配得来的10和20字节的区域在堆区
 p1 = (char *)malloc(20); //分配得来的10和20字节的区域在堆区
 strcpy(p1, "123456"); //123456在常量区，编译器可能将它与p1所指向123456优化为一个地方
}


堆和栈的理论知识

申请方式

• 栈由系统自动分配，速度较快，是一块连续的内存区域，大小是2MB。例如，声明在函数中一个局部变量 
  int b
  ; 系统自动在栈中为
  b
  开辟空间

• 堆需要程序员自己申请，并指明大小，速度比较慢。用
  malloc
  , 
  alloc
  , 
  new
  , 
  calloc
  , 
  realloc
  等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。另外，堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域，堆的大小受限于计算机的虚拟内存。因此堆空间获取和使用比较灵活，可用空间较大。例如

p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(10);

但是注意 p1、p2本身是在栈中的。


申请后系统的响应

• 栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

• 堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，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，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，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，代码中的
  delete
  语句才能正确的释放本内存空间。另外，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那部分重新放入空闲链表中。

申请大小的限制

• 栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是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（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示
  overflow
  。因此，能从栈获得的空间较小。

• 堆：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的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

申请效率的比较

• 栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

• 堆是由
  new
  分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 另外，在Windows下，最好的方式是
  VirtualAlloc
  分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

堆和栈中的存储内容

• 栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

• 堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
 
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；


但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。

比如：

#include
void main(){
 char a = 1;
 char c[] = "1234567890";
 char *p ="1234567890";
 a = c[1];
 a = p[1];
 return;
}


对应的汇编代码

10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],
cl11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]00401070 8A 42 01 mov al,
byte ptr [edx+1]00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al


第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器

cl

中，而第二种则要先把指针值读到

edx

中，再根据

edx

读取字符，显然慢了。

小结 (堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出)

• 使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。

• 使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

对比

• 栈是系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不灵活；堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。

• 栈是系统数据结构，对于进程/线程是唯一的；堆是函数库内部数据结构，不一定唯一。不同堆分的内存无法互相操作。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编译器完成的，比如自动变量(auto)的分配。动态分配由
  alloca
  函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动)，也就没有释放函数。为可移植的程序起见，栈的动态分配操作是不被鼓励的！堆空间的分配总是动态的，虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统，但是精确的申请内存/释放内存匹配是良好 程序的基本要素。

• 一般所说的堆栈（
  stack
  )往往是指栈，先进后出， 它是一块内存区。用以存放程序的局部变量，临时变量，函数的参数，返回地址等。在这块区域中的变量的分配和释放由系统自动进行。不需要用户的参与。而在堆(
  heap
  ,先进先出) 上的空间则是由用户进行分配 ，并由用户负责释放。