C/C++内存分配方式与存储区

转自
http://blog.csdn.net/zheng0518/article/details/9006355

C/C++内存分配有三种方式：
    [1]从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
    [2]在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。
栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
    [3]从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。
动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，
    频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。


C/C++程序编译时内存分为5大存储区：
    1.栈区（stack） --编译器自动分配释放，主要存放函数的参数值，局部变量值等；
    2.堆区（heap） --由程序员分配释放；
    3.全局区或静态区 --存放全局变量和静态变量；程序结束时由系统释放，分为全局初始化区和全局未初始化区；
    4.字符常量区 --常量字符串放与此，程序结束时由系统释放；
   5.程序代码区--存放函数体的二进制代码

例： //main.c
int a=0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
void main()
{
int b; //栈
char s[]="bb"; //栈
char *p2; //栈
char *p3="123"; //其中，“123\0”常量区，p3在栈区
static int c=0; //全局区
p1=(char*)malloc(10); //10个字节区域在堆区
strcpy(p1,"123"); //"123\0"在常量区，编译器 可能 会优化为和p3的指向同一块区域
｝

一个C程序占用的内存可分为以下几类：
    (一) 栈
    这是由编译器自动分配和释放的区域。主要存储函数的参数，函数的局部变量等。当
一个函数开始执行时，该函数所需的实参，局部变量就推入栈中，该函数执行完毕
后，之前进入栈中的参数和变量等也都出栈被释放掉。它的运行方式类似于数据结构
中的栈。
    (二) 堆
这是由程序员控制分配和释放的区域，在C里，用malloc()函数分配的空间就存在于堆
上。在堆上分配的空间不像栈一样在某个函数执行完毕就自动释放，而是一直存在于
整个程序的运行期间。当然，如果你不手动释放(free()函数)这些空间，在程序运行
结束后系统也会将之自动释放。对于小程序来说可能感觉不到影响的存在，但对于大
程序，例如一个大型游戏，就会遇到内存不够用的问题了。
    (三) 全局区
C里的全局变量和静态变量存储在全局区。它们有点像堆上的空间，也是持续存在于程
序的整个运行期间，但不同的是，他们是由编译器自己控制分配和释放的。
    (四) 文字常量区
例如char *c = “123456”；则”123456”为文字常量，存放于文字常量区。也由编译器
控制分配和释放。
    (五) 程序代码区
存放函数体的二进制代码。

2． 例子(一)
int a = 0; //全局区
void main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //s在栈,"abc"在文字常量区
char *p1,*p2; //栈
char *p3 = "123456"; //"123456"在常量区，p3在栈上
static int c =0; //全局区
p1 = (char *)malloc(10); //p1在栈，分配的10字节在堆
p2 = (char *)malloc(20); //p2在栈，分配的20字节在堆
strcpy(p1, "123456"); //"123456"放在常量区


//编译器可能将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

3． 例子(二)
//返回char型指针
char *f()
{
//s数组存放于栈上
char s[4] = {'1','2','3','0'};
return s; //返回s数组的地址，但程序运行完s数组就被释放了
}
void main()
{
char *s;
s = f();
printf ("%s", s); //打印出来乱码。因为s所指向地址已经没有数据
}


还有就是函数调用时会在栈上有一系列的保留现场及传递参数的操作。
栈的空间大小有限定，vc的缺省是2M。栈不够用的情况一般是程序中分配了大量数组和递归函数层次太
深。有一点必须知道，当一个函数调用完返回后它会释放该函数中所有的栈空间。
栈是由编译器自动管理的，不用你操心。
堆是动态分配内存的，并且你可以分配使用很大的内存。但是用不好会产生内存泄漏。
并且频繁地malloc和free会产生内存碎片（有点类似磁盘碎片），因为c分配动态内存时是寻找匹配的
内存的。而用栈则不会产生碎片。
在栈上存取数据比通过指针在堆上存取数据快些。
一般大家说的堆栈和栈是一样的，就是栈(stack)，而说堆时才是堆heap.
栈是先入后出的，一般是由高地址向低地址生长。


转载的另外一篇：


堆(heap)和栈(stack)是C/C++编程不可避免会碰到的两个基本概念。首先，这两个概念都可以在讲数据
结构的书中找到，他们都是基本的数据结构，虽然栈更为简单一些。
在具体的C/C++编程框架中，这两个概念并不是并行的。对底层机器代码的研究可以揭示，栈是机器系
统提供的数据结构，而堆则是C/C++函数库提供的。
具体地说，现代计算机(串行执行机制)，都直接在代码底层支持栈的数据结构。这体现在，有专门的寄
存器指向栈所在的地址，有专门的机器指令完成数据入栈出栈的操作。
这种机制的特点是效率高，支持的数据有限，一般是整数，指针，浮点数等系统直接支持的数据类型，
并不直接支持其他的数据结构。因为栈的这种特点，对栈的使用在程序中是非常频繁的。对子程序的调
用就是直接利用栈完成的。机器的call指令里隐含了把返回地址推入栈，然后跳转至子程序地址的操
作，而子程序中的ret指令则隐含从堆栈中弹出返回地址并跳转之的操作。C/C++中的自动变量是直接利
用栈的例子，这也就是为什么当函数返回时，该函数的自动变量自动失效的原因。


和栈不同，堆的数据结构并不是由系统(无论是机器系统还是操作系统)支持的，而是由函数库提供的。
基本的malloc/realloc/free函数维护了一套内部的堆数据结构。当程序使用这些函数去获得新的内存
空间时，这套函数首先试图从内部堆中寻找可用的内存空间，如果没有可以使用的内存空间，则试图利
用系统调用来动态增加程序数据段的内存大小，新分配得到的空间首先被组织进内部堆中去，然后再以
适当的形式返回给调用者。当程序释放分配的内存空间时，这片内存空间被返回内部堆结构中，可能会
被适当的处理(比如和其他空闲空间合并成更大的空闲空间)，以更适合下一次内存分配申请。这套复杂
的分配机制实际上相当于一个内存分配的缓冲池(Cache)，使用这套机制有如下若干原因：


1. 系统调用可能不支持任意大小的内存分配。有些系统的系统调用只支持固定大小及其倍数的内存请
求(按页分配)；这样的话对于大量的小内存分类来说会造成浪费。
2. 系统调用申请内存可能是代价昂贵的。系统调用可能涉及用户态和核心态的转换。
3. 没有管理的内存分配在大量复杂内存的分配释放操作下很容易造成内存碎片。


堆和栈的对比


从以上知识可知，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；而堆是函数库
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。不同堆分配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(是自动的)，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。