程序内存分配 堆栈

 

程序内存分配 堆栈

1) 在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都在栈上创建,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,一般使用寄存器来存取,效率很高,但是分配的内存容量有限。

2) 从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete来释放内存。动态内存的生存期由程序员自己决定,使用非常灵活。

3) 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。

4) 文字常量分配在文字常量区,程序结束后由系统释放。

5)程序代码区。

经典实例:(代码来自网络高手,没有找到原作者)

堆栈与函数调用(高手) - 毛狼 - maolang0 的博客堆栈与函数调用(高手) - 毛狼 - maolang0 的博客Code

#i nclude <string>

int a=0;    //全局初始化区

char *p1;   //全局未初始化区

 void main()

{

    int b;//栈

    char s[]="abc";   //栈

    char *p2;         //栈

    char *p3="123456";   //123456在常量区,p3在栈上。

    static int c=0;   //全局(静态)初始化区

    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,"123456");   //123456放在常量区,编译器可能会将它与p3所向"123456"优化成一个地方。

}

 

二 三种内存对象的比较

  栈对象的优势是在适当的时候自动生成,又在适当的时候自动销毁,不需要程序员操心;而且栈对象的创建速度一般较堆对象快,因为分配堆对象时,会调用operator new操作,operator new会采用某种内存空间搜索算法,而该搜索过程可能是很费时间的,产生栈对象则没有这么麻烦,它仅仅需要移动栈顶指针就可以了。但是要注意的是,通常栈空间容量比较小,一般是1MB~2MB,所以体积比较大的对象不适合在栈中分配。特别要注意递归函数中最好不要使用栈对象,因为随着递归调用深度的增加,所需的栈空间也会线性增加,当所需栈空间不够时,便会导致栈溢出,这样就会产生运行时错误。

  堆对象创建和销毁都要由程序员负责,所以,如果处理不好,就会发生内存问题。如果分配了堆对象,却忘记了释放,就会产生内存泄漏;而如 果已释放了对象,却没有将相应的指针置为NULL,该指针就是所谓的“悬挂指针”,再度使用此指针时,就会出现非法访问,严重时就导致程序崩溃。但是高效的使用堆对象也可以大大的提高代码质量。比如,我们需要创建一个大对象,且需要被多个函数所访问,那么这个时候创建一个堆对象无疑是良好的选择,因为我们通过在各个函数之间传递这个堆对象的指针,便可以实现对该对象的共享,相比整个对象的传递,大大的降低了对象的拷贝时间。另外,相比于栈空间,堆的容量要大得多。实际上,当物理内存不够时,如果这时还需要生成新的堆对象,通常不会产生运行时错误,而是系统会使用虚拟内存来扩展实际的物理内存。

  静态存储区。所有的静态对象、全局对象都于静态存储区分配。关于全局对象,是在main()函数执行前就分配好了的。其实,在main()函数中的显示代 码执行之前,会调用一个由编译器生成的_main()函数,而_main()函数会进行所有全局对象的的构造及初始化工作。而在main()函数结束之 前,会调用由编译器生成的exit函数,来释放所有的全局对象。比如下面的代码:

 

void main(void)

{

… …// 显式代码

}

 

实际上,被转化成这样:

 

void main(void)

{

_main(); //隐式代码,由编译器产生,用以构造所有全局对象

… … // 显式代码

… …

exit() ; // 隐式代码,由编译器产生,用以释放所有全局对象

}

 

  除了全局静态对象,还有局部静态对象通和class的静态成员,局部静态对象是在函数中定义的,就像栈对象一样,只不过,其前面多了个static关键字。局部静态对象的生命期是从其所在函数第一次被调用,更确切地说,是当第一次执行到该静态对象的声明代码时,产生该静态局部对象,直到整个程序结束时,才销毁该对象。class的静态成员的生命周期是该class的第一次调用到程序的结束。

三 函数调用与堆栈

1)编译器一般使用栈来存放函数的参数,局部变量等来实现函数调用。有时候函数有嵌套调用,这个时候栈中会有多个函数的信息,每个函数占用一个连续的区域。一个函数占用的区域被称作帧()。同时栈是线程独立的,每个线程都有自己的栈。例如下面简单的函数调用:

堆栈与函数调用(高手) - 毛狼 - maolang0 的博客

另外函数堆栈的清理方式决定了当函数调用结束时由调用函数或被调用函数来清理函数帧,在VC中对函数栈的清理方式由两种:

 参数传递顺序谁负责清理参数占用的堆栈
__stdcall从右到左被调函数
__cdecl从右到左调用者

 

2) 有了上面的知识为铺垫,我们下面细看一个函数的调用时堆栈的变化:

代码如下:

 

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int Add(int x, int y)

{

    return x + y;

}

void main()

{

    int *pi = new int(10);

    int *pj = new int(20);

    int result = 0;

    result = Add(*pi,*pj);

    delete pi;

    delete pj;

}

 

对上面的代码,我们分为四步,当然我们只画出了我们的代码对堆栈的影响,其他的我们假设它们不存在,哈哈!

第一,int *pi = new int(10);   int *pj = new int(20);   int result = 0; 堆栈变化如下:

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第二,Add(*pi,*pj);堆栈如下:

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第三,将Add的结果给result,堆栈如下:

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第四,delete pi;    delete pj; 堆栈如下:

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第五,当main()退出后,堆栈如下,等同于main执行前,哈哈!

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java中内存分配地址分布

 
程序运行时,我们最好对数据保存到什么地方做到心中有数。特别要注意的是内存的分配。有六个地方都可以保存数据:
(1) 寄存器。这是最快的保存区域,因为它位于和其他所有保存方式不同的地方:处理器内部。然而,寄存器的数量十分有限,所以寄存器是根据需要由编译器分配。我们对此没有直接的控制权,也不可能在自己的程序里找到寄存器存在的任何踪迹。
(2) 堆栈。驻留于常规RAM(随机访问存储器)区域,但可通过它的“堆栈指针”获得处理的直接支持。堆栈指针若向下移,会创建新的内存;若向上移,则会释放那些内存。这是一种特别快、特别有效的数据保存方式,仅次于寄存器。创建程序时,Java编译器必须准确地知道堆栈内保存的所有数据的“长度”以及“存在时间”。这是由于它必须生成相应的代码,以便向上和向下移动指针。这一限制无疑影响了程序的灵活性,所以尽管有些Java数据要保存在堆栈里——特别是对象句柄,但Java对象并不放到其中。
(3) 堆。一种常规用途的内存池(也在RAM区域),其中保存了Java对象。和堆栈不同,“内存堆”或“堆”(Heap)最吸引人的地方在于编译器不必知道要从堆里分配多少存储空间,也不必知道存储的数据要在堆里停留多长的时间。因此,用堆保存数据时会得到更大的灵活性。要求创建一个对象时,只需用new命令编制相关的代码即可。执行这些代码时,会在堆里自动进行数据的保存。当然,为达到这种灵活性,必然会付出一定的代价:在堆里分配存储空间时会花掉更长的时间!
(4) 静态存储。这儿的“静态”(Static)是指“位于固定位置”(尽管也在RAM里)。程序运行期间,静态存储的数据将随时等候调用。可用static关键字指出一个对象的特定元素是静态的。但Java对象本身永远都不会置入静态存储空间。
(5) 常数存储。常数值通常直接置于程序代码内部。这样做是安全的,因为它们永远都不会改变。有的常数需要严格地保护,所以可考虑将它们置入只读存储器(ROM)。
(6) 非RAM存储。若数据完全独立于一个程序之外,则程序不运行时仍可存在,并在程序的控制范围之外。其中两个最主要的例子便是“流式对象”和“固定对象”。对于流式对象,对象会变成字节流,通常会发给另一台机器。而对于固定对象,对象保存在磁盘中。即使程序中止运行,它们仍可保持自己的状态不变。对于这些类型的数据存储,一个特别有用的技巧就是它们能存在于其他媒体中。一旦需要,甚至能将它们恢复成普通的、基于RAM的对象。Java 1.1提供了对Lightweight persistence的支持。未来的版本甚至可能提供更完整的方案。
 

C++

C++作为一款C语言的升级版本,具有非常强大的功能。它不但能够支持各种程序设计风格,而且还具有C语言的所有功能。我们在这里为大家介绍的是其中一个比较重要的内容,C++内存区域的基本介绍。

C++内存区域分为5个区域。分别是堆,栈,自由存储区,全局/静态存储区和常量存储区。

栈: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存储区。里面通常是局部变量,函数参数等。

堆:由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new对应一个delete。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。

自由存储区:由malloc等分配的内存块,和堆十分相似,不过它使用free来结束自己的生命。

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,在c++里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存。

常量存储区:这是一块比较特殊的存储区,里面存放的是常量,不允许修改。

C++内存区域中堆和栈的区别:

管理方式不同:栈是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放由程序员完成,容易产生内存泄漏。

空间大小不同:一般来讲,在32为系统下面,堆内存可达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定空间大小的,例如,在vc6下面,默认的栈大小好像是1M。当然,也可以自己修改:打开工程。project-->setting-->link,在category中选中output,然后再reserve中设定堆栈的最大值和commit。

能否产生碎片:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题。

生长方向不同: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;对于栈来讲,它的生长方式是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。

分配方式不同:堆都是动态分配的;栈有静态和动态两种分配方式。静态分配由编译器完成,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行、但栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配由编译器进行释放,无需我们手工实现。

分配效率不同:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。堆则是c/c++库函数提供的,机制很复杂。库函数会按照一定的算法进行分配。显然,堆的效率比栈要低得多。

 

进程内存中的映像,主要有代码区,堆(动态存储区,new/delete的动态数据),栈,静态存储区

内存区域地址从低到高的方向:代码区,静态存储区,堆,栈

 

 

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