C/C++内存管理详解-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/yongmi/article/details/8270882

一、C/C++编译的程序内存分配：

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回收。注意它与数据结构中的堆是两个完全不同的概念。

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。

二、示例程序

// main.cpp    
int a = 0;  // 全局初始化区    
char *p1;   // 全局未初始化区    
main()    
{    
    int b;      // 栈    
    char s[] = "abc";   // 栈    
    char *p2;   // 栈    
    char *p3 = "123456";    // 123456\0在常量区，p3本身在栈上。    
    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\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。    
}

UNIX/LINUX系统的执行文件与对应进程逻辑地址空间

三、堆和栈的理论知识

  2.1申请方式
  stack:
  由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b;系统自动在栈中为b开辟空间。

  heap:
  需要程序员自己申请，并指明大小，C语言中使用malloc函数C++中使用new运算符。如p1 = (char *)malloc(10); p2 = new char[10]; p1、p2本身是存放在栈中的。

  2.2申请后系统的响应
  栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统就为程序提供内存，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空闲内存地址的链表，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，这样才能正确的释放所申请内存空间。
  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，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

  2.3申请大小的限制
  栈：内存中一块连续的内存的区域。大小是一定的，不同操作系统下值可能不相同，并且同一操作系统下面该值也是可以调整的。
  堆：内存中的空闲区域，只要申请的内存大小能够满足，系统就会分配成功。

  2.4申请效率的比较：
  栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员无法控制。
  堆：由malloc函数或者new运算符分配，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便

  2.5堆和栈中的存储内容
  栈：函数的返回地址，参数，被调用函数中申请的局部变量等。不同的编译器中，顺序可能不相同
  堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

  2.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";    
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

"aaaaaaaaaaa "是在运行时刻赋值的；
  而 "bbbbbbbbbbb "是在编译时就确定的；
  但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串 ( 例如堆 ) 快。
  比如：

void main()    
{
    char a = 1;
    char c[] = "1234567890";
    char *p = "1234567890";
    a = c[1];
    a = p[1];
    return;
}

对应的汇编代码

  10:   a   =   c[1];    
  00401067   8A   4D   F1   mov   cl,byte   ptr   [ebp-0Fh]    
  0040106A   88   4D   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],cl    
  11:   a   =   p[1];    
  0040106D   8B   55   EC   mov   edx,dword   ptr   [ebp-14h]    
  00401070   8A   42   01   mov   al,byte   ptr   [edx+1]    
  00401073   88   45   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],al

  第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器 cl 中，而第二种则要先把指针值读到 edx 中，再根据 edx 读取字符，显然慢了。


  2.7 小结：
  栈完全由系统决定，操作员不能修改；堆则正好相反，它完全由操作员来决定。有人将堆和栈做如下比喻：栈就像去餐馆中吃饭，用户只需点菜吃饭即刻；堆就像自己做饭，需要考虑买菜、烧饭、吃饭、洗刷碗筷等。餐馆虽然方便，但是灵活性小；自己做饭可以做出完全符合自己口味的饭菜来。

参考资料：

http://blog.youkuaiyun.com/xiven/article/details/4340840

http://hi.baidu.com/absolute8511/item/7b8f1e2f65586d9bb632635c

http://blog.youkuaiyun.com/goingup/article/details/618309

http://blog.youkuaiyun.com/hairetz/article/details/4141043

http://blog.youkuaiyun.com/hmsuccess/article/details/2808109