C++内存分配方式-堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区

 一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：  

 1、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。  
 2、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（操作系统）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。  
3、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，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。程序结束后由系统释放。  
4、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。
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

一般程序由new产生的动态数据放在堆区,函数内部的自动变量放在栈区.自动变量一般会随着函数的退出而释放空间,静态数据(即使是函数内部的静态局部变量)都存放在全局数据区.因此它们并不会随着函数的退出而释放空间.

实例讲解：

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);  //分配得来得10和20字节的区域就在堆区
  p2  = (char  *)malloc(20);       
  strcpy(p3,"123456"); //123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"  优化成一个地方。    
}    

下面详细讲解一下内存分配的几个区：

• 栈：就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。在一个进程中，位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数的调用。和堆一样，用户栈在程序执行期间可以动态地扩展和收缩。
• 堆：当运行程序调用malloc()时就会从中分配，调用free()归还内存。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。堆可以动态地扩展和收缩。
• 自由存储区：C++中通过new和delete动态分配和释放对象的抽象概念，通过new来申请的内存区域可称为自由存储区，通过delete归还内存。

      基本上，所有的C++编译器默认使用堆来实现自由存储，运算符new和delete内部默认是使用malloc和free的方式来被实现，这时藉由new运算符分配的对象，说它在堆上也对，说它在自由存储区上也正确。

     说明：new和delete是运算符。

• 全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的 C 语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的（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与静态变量在相邻的另一块区域，同时未被初始化的对象存储区可以通过 void* 来访问和操纵，程序结束后由系统自行释放），在 C++ 里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
• 常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多）

void f() { int* p=new int[5]; }

　　这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到 new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针 p 呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针 p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用 operator new 分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中。

    那么该怎么去释放呢？使用 delete []p。

堆与栈的讨论：

管理方式：
   堆中资源由程序员控制。
   栈资源由编译器自动管理，无需手工控制。

系统响应：
   对于堆，应知道系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，删除空闲结点链表中的该结点，并将该结点空间分配给程序（大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小，这样delete才能正确释放本内存空间，另外系统会将多余的部分重新放入空闲链表中）。
   对于栈，只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，否则报异常提示栈溢出。

空间大小：
   堆是不连续的内存区域（因为系统是用链表来存储空闲内存地址，自然不是连续的），堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存（32bit系统理论上是4G），所以堆的空间比较灵活，比较大。
   栈是一块连续的内存区域，大小是操作系统预定好的，windows下栈大小是2M。

碎片问题：
   对于堆，频繁的new/delete？？会造成大量碎片，使程序效率降低。
   对于栈，它是一个先进后出的队列，进出一一对应，不会产生碎片。

生长方向：
   堆向上，向高地址方向增长。
   栈向下，向低地址方向增长。

分配方式：
   堆都是动态分配（没有静态分配的堆）。
   栈有静态分配和动态分配，静态分配由编译器完成（如局部变量分配），动态分配由alloca函数分配，但栈的动态分配的资源由编译器进行释放，无需程序员实现。

分配效率：
   堆由C/C++函数库提供，机制很复杂。所以堆的效率比栈低很多。
   栈是极其系统提供的数据结构，计算机在底层对栈提供支持，分配专门寄存器存放栈地址，栈操作有专门指令

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