C语言内存开辟

本文介绍了C程序内存分配的几个区域,包括栈区、堆区、数据段和代码段,阐述了各区域特点。还对比了栈和堆的内存分配方式,如申请和响应、大小限制、效率及存储内容等方面的不同,有助于深入理解C程序内存管理。

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内存示意图

C程序内存分配的几个区域:
  1. 栈区: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,但是分配内存的容量有限。栈区主要运行存放运行函数而分配的局部变量,函数参数,返回数据,返回地址等。
  2. 堆区: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。分配方式类似于链表。
  3. 数据段(静态区):存放全局变量,静态数据,程序结束后由系统释放。
  4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

普通的局部变量时在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。但被static修饰的变量存在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序结束才销毁,所以声明周期长。

内存分配方式不同。
  • 申请和响应不同:
  1. 申请方式:
    栈由系统自动分配,堆需要程序员自己申请,C中用函数malloc分配空间,用free释放,C++用new分配,用delete释放。
  2. 申请后系统的响应:
    栈: 只要栈的剩余空间大于所申请的空间,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的空间的堆结点,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或free语句就能够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,系统会将多余的那部分重新放入空闲链表中。
  • 申请的大小限制不同:
  1. 栈:在windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域,栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,能从栈获得的空间较小。
  2. 堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域,这是由于系统是由链表在存储空闲内存地址,自然堆就是不连续的内存区域,且链表的遍历也是从低地址向高地址遍历的,堆得大小受限于计算机系统的有效虚拟内存空间,由此空间,堆获得的空间比较灵活,也比较大。
  • 申请的效率不同:
  1. 栈:栈由系统自动分配,速度快,但是程序员无法控制。
  2. 堆:堆是有程序员自己分配,速度较慢,容易产生碎片,不过用起来方便。
  • 堆和栈的存储内容不同:
  1. 栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是从右往左入栈的,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。
  2. 堆:一般是在堆得头部用一个字节存放堆得大小,具体内容由程序员安排。
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