C++底层内存机制——栈和堆详细解析

因为很多同学对内存的使用是很困惑的，不知道什么是栈空间什么是堆空间，也不知道变量在内存里的具体分配是什么样子的，这个文章主要是来解释两种内存的区别的——栈上是从上到下按照顺序来的，堆是随机的根据内存大小来进行的(这一部分的底层实现和原理要涉及计算机组成原理和汇编语言，实在不等可以等以后就知道了)
这里写的是C++代码，和C没有太大的区别，应该是可以看懂的

对于一个程序的启动，操作系统将全部的内容加载到内存中，同时还要再分配一些内存来保证我们可以进行程序的运行

栈的大小一般是预定义的，而且和平台是有关系的，通常是2MB。堆的大小也是有预定义的，但是会随着应用程序的运行进行增长和变化。因为栈里面的东西往往都是进行被访问的，所以栈里面很多的数据会被继续存在缓存中

在我们进行空间的申请的时候，栈和堆的申请逻辑是不一样的，栈是根据顺序来进行申请的，因此我们才不需要用指针来进行指向，但是堆是去空余空间的表里面进行空间的查找，找到了就进行分配

这里的两个变量之间本来不应该有空的为初始化内容的，是因为debug模式为了安全会这样填充来进行保护，一旦是release模式下就不会这样了

后面的这个对象v也是在栈里面进行创建的，紧紧跟在array后面

因为在栈中进行分配其实就是栈顶指针的移动，移动的数目是按照类型来的，因此是连续的

堆的new是进行malloc函数的调用的，是根据空闲列表去查的可以进行内存分配的空间的(但是底层还是调用的操作系统的API)，因此往往都不是连续的内存。空闲列表标记的是那些内存块是没有使用的。

在堆上分配内存是很复杂的，因为其涉及到操作系统的系统调用，因此开销很大，但是在栈上面进行分配的消耗是很小的，可以说几乎没有

而且因为栈里面的变量是连续的，所以一般都是在同一个缓存行的，因此速度是很快的，但是在堆里面隔得很远因此可能出现大量的缓存未命中从而导致IO等巨大开销

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上面的两张图就可以看到，new会进行函数调用然后去遍历空闲列表，但是栈上变量其实就是一行mov指令，mov对应的就是栈上创建变量，调用函数的第二张图对应的就是堆上创建空间(malloc函数是new关键字的底层实现的)