堆空间和栈空间

本文详细讲解了程序中栈空间、堆空间、全局区和常量区的内存分配、释放机制,以及它们在数据结构和内存生长方向上的特点。特别关注了栈的后进先出特性与堆的动态分配风险。

程序占用的内存:

  1. 栈空间 :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. 堆空间 : 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),全局变量和静态变量(静态全局变量和静态局部变量)的存储是放在一块,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。程序结束后有系统释放 。
  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。

 

存放数据和分配方式:

栈空间用于存储函数参数和局部变量,所需空间由系统自动分配,回收也由系统管理,无需人工干预。

堆空间用于存储动态分配的内存块,分配和释放空间均由程序员控制,有可能产生内存泄漏。(分配方式倒是类似于链表)

 

内存结构:

栈空间是严格后进先出的数据结构,可用空间永远都是一块连续的区域。

堆空间在不断分配和释放空间的过程中,可用空间链表频繁更新,造成可用空间逐渐碎片化,每块可用空间都很小。

 

内存生长方向:

栈空间的默认大小只有几M的空间,生长方式是向下的,也就是向着内存地址减小的方向消耗空间。

堆空间的理论大小有几G的空间,生长方式是向上的,也就是向着内存地址增大的方向消耗空间。

 

 

 

 

 

 

 

堆地址空间栈空间存在多方面的区别: ### 管理方式 栈由编译器自动管理,无需程序员手工控制;而堆的分配释放由程序员负责,例如使用`new`分配堆内存,使用`delete`释放堆内存,使用`malloc`分配堆内存,使用`free`释放堆内存[^3][^5]。 ### 空间大小 在Windows下,栈是一块连续的内存区域,栈顶地址最大容量系统预先规定好,能获得的空间较小;堆是不连续的内存区域,大小受限于计算机系统的有效虚拟内存空间,获得的空间比较灵活且较大,堆空间理论上有几G的空间[^1][^2]。 ### 内存碎片 由于大量`malloc()/free()`或`new/delete`的使用,堆容易造成大量的内存碎片;栈是先进后出的队列,不会产生内存碎片[^3]。 ### 生长方向 栈是向低地址扩展的数据结构,生长方向向下;堆是向高地址扩展的数据结构,生长方向向上,但后申请的内存空间不一定在先申请的内存空间后面,因为堆内存块是动态分配的[^1][^2]。 ### 分配方式 栈可以是静态分配动态分配,不过栈的动态分配由编译器释放;堆则是动态分配,由程序员手动控制释放[^3]。 ### 缓存级别 栈使用一级缓存,通常在被调用时处于存储空间中,调用完毕立即释放;堆存放在二级缓存中,生命周期由虚拟机的垃圾回收算法决定,调用对象的速度相对较低[^3]。 ### 分配效率 栈是机器系统提供的数据结构,计算机底层对栈提供支持,有专门寄存器存放栈地址,压栈出栈有专门指令,效率较高;堆由C/C++函数库提供,分配时需按一定算法搜索可用空间,可能调用系统功能增加程序数据段内存空间,效率较低[^3]。 以下是一个简单的C++代码示例,展示栈堆的使用: ```cpp #include <iostream> int main() { // 栈上分配内存 int stackVar = 10; std::cout << "Stack variable value: " << stackVar << std::endl; // 堆上分配内存 int* heapVar = new int(20); std::cout << "Heap variable value: " << *heapVar << std::endl; // 释放堆上的内存 delete heapVar; return 0; } ```
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