代码区,静态区,堆区,栈区的区别

本文详细解析了程序运行过程中代码区、静态区、堆区及栈区的作用与特性,阐述了它们之间的区别,如申请方式、系统响应、申请大小限制、申请效率及存储内容等,并通过实例说明了栈区和堆区的增长方向。

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代码区,静态区,堆区,栈区

  • 代码区
  • 静态区(全局区)
  • 堆区
  • 栈区

代码区

  • 代码区是指存放函数体的二进制代码,代码区一般是只读的。

静态区(全局区)

  • 静态区与程序共存亡,并且静态区的分配优先于main函数(局部静态变量编译时就初始化,并且只执行一次),全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域。
  • 全局变量可以跨文件使用,用static修饰的全局变量是静态全局变量,只能在本文件使用

堆区

  • 堆区是依靠malloc动态分配的内存,必须要手动释放,不手动释放就会造成内存的泄露。
  • 内存动态分配,一种方式是鲸吞,另一种方式是蚕食。

栈区

  • 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。操作方式类似于数据结构中的栈。
  • 栈区是连续的,向下增长的,堆是链接的,向上增长。连续的存储速度是快于链接的,栈是快于堆的。
int a = 0;                    //全局初始化区 
char *p1;                     //全局未初始化区 
void main(void) 
{ 
    char str[] = "123";       //栈区
    char *p2;                 //栈区
    char *p3 = "asdfg";       //"asdfg"在常量区(属于文字常量区),p3在栈上。 
    static int c =0//全局(静态)初始化区,只初始化一次
    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, "asdfg");      //"asdfg"放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"asdfg"优化成一个地方。 
}

  • 举个例子来验证下栈区和堆区的增长的方向
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void function(int *p)
{
    int b = 3,c = 0;
    printf("address of b is %p\n",&b);
    printf("address of c is %p\n",&c);
}

void main(void)
{
    int a = 5;
    printf("address of a is %p\n",&a);
    void *p1 = malloc(10);
    void *p2 = malloc(20);
    function(&a);
    printf("p1 is %p\n", p1);
    printf("p2 is %p\n", p2);
    free(p1);
    free(p2);
}
执行结果如下:
address of a is 0xbf9da7d4
address of b is 0xbf9da7ac
address of c is 0xbf9da7a8
p1 is 0x969e008
p2 is 0x969e018
  • 以上例子说明:

    1. main函数的局部变量a是先入栈的,function函数的局部变量 b,c是后入栈的,由运行结果可看出a的地址大于b和c的地址,因此栈地址是由高向低增长的。
    2. 申请的堆内存的顺序为碰p1,p2,其地址是由低到高增长的。
  • 总结
    堆栈的设计很巧妙,堆向上涨,栈往下涨。这样设计可以使得堆和栈能够充分利用空闲的地址空间。如果栈向上涨的话,我们就必须得指定栈和堆的一个严格分界线,所以就可能出现这种情况:一个程序因为栈溢出而崩溃的时候,其实它还有大量堆空间,但是我们却无法使用这些堆空间。所以最好的办法就是让堆向上涨,栈向下涨,这样就可以最大程度地共用这块剩余的地址空间,达到利用率的最大化。

堆和栈


从不同的方面分析堆区和栈区

  • 申请方式
    stack: 遵循LIFO后进先出的规则,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长,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。
    heap: 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。

  • 申请后系统的响应
    stack:只要栈的剩余空间大于所申请空间(编译器里面是可以手动修改的,一般是1M),系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。
    heap: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,free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
    stack: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1M,如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow(溢出)。因此,能从栈获得的空间较小。
    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
    stack:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
    heap:是由malloc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.

  • 堆和栈中的存储内容
    stack: 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。

    这里举例说明下参数是从右往左传递

void main()
{
    int a = 4;
    printf("%d %d\r\n", a, ++a);
}
/* 得到的值是 5,5 
   是先做++a,在计算a */ 

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

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