1.內存分配方式 內存分配方式有三種： [1]從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。 [2]在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。 [3]從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責任回收它，否則運行的程序會出現內存洩漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產生堆內碎塊。 2.程序的內存空間 一個程序將操作系統分配給其運行的內存塊分為4個區域，如下圖所示。 代碼區(code area) 程序內存空間 全局數據區(data area) 堆區(heap area) 棧區(stack area) 一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分, 1、棧區（stack） 由編譯器自動分配釋放 ，存放為運行函數而分配的局部變量、函數參數、返回數據、返回地址等。其操作方式類似於數據結構中的棧。 2、堆區（heap） 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。分配方式類似於鏈表。 3、全局區（靜態區）（static）存放全局變量、靜態數據、常量。程序結束後有系統釋放 4、文字常量區 常量字符串就是放在這裡的。 程序結束後由系統釋放。 5、程序代碼區存放函數體（類成員函數和全局函數）的二進制代碼。 下面給出例子程序， int a = 0; //全局初始化區 char *p1; //全局未初始化區 int main() { int b; //棧 char s[] = /"abc/"; //棧 char *p2; //棧 char *p3 = /"123456/"; //123456//0在常量區，p3在棧上。 static int c =0;//全局（靜態）初始化區 p1 = new char[10]; p2 = new char[20]; //分配得來得和字節的區域就在堆區。 strcpy(p1, /"123456/"); //123456//0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的/"123456/"優化成一個地方。 } 3．堆與棧的比較 3.1申請方式 stack: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間。 heap: 需要程序員自己申請，並指明大小，在C中malloc函數，C++中是new運算符。 如p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char[10]; 如p2 = (char *)malloc(10); p2 = new char[20]; 但是注意p1、p2本身是在棧中的。 3.2申請後系統的響應 棧：只要棧的剩余空間大於所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。 堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序。 對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。 由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多余的那部分重新放入空閒鏈表中。 3.3申請大小的限制 棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因 此，能從棧獲得的空間較小。 堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。 3.4申請效率的比較 棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。 堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便。 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是棧，而是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。 3.5堆和棧中的存儲內容 棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。 當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。 堆：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。 3.6存取效率的比較 char s1[] = /"a/"; char *s2 = /"b/"; a是在運行時刻賦值的；而b是在編譯時就確定的；但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。 比如： int main(){ char a = 1; char c[] = /"1234567890/"; char *p =/"1234567890/"; a = c[1]; a = p[1]; return 0; } 對應的匯編代碼 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 第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，再根據edx讀取字符，顯然慢了。 3.7小結 堆和棧的主要區別由以下幾點： 1、管理方式不同； 2、空間大小不同； 3、能否產生碎片不同； 4、生長方向不同； 5、分配方式不同； 6、分配效率不同； 管理方式：對於棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對於堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產生memory leak。 空間大小：一般來講在32位系統下，堆內存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M。當然，這個值可以修改。 碎片問題：對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的可以參考數據結構。 生長方向：對於堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內存地址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內存地址減小的方向增長。 分配方式：堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態分配由malloca函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。 分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的，它的機制是很復雜的，例如為了分配一塊內存，庫函數會按照一定的算法（具體的算法可以參考數據結構/操作系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分 到足夠大小的內存，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。 從這裡我們可以看到，堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容易造成大量的內存碎片；由於沒有專門的系統支持，效率很低；由於可能引發用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程中的參數，返回地址， EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。 雖然棧有如此眾多的好處，但是由於和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。 無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果。 4.new/delete與malloc/free比較 從C++角度上說，使用new分配堆空間可以調用類的構造函數，而malloc()函數僅僅是一個函數調用，它不會調用構造函數，它所接受的參數是一個unsigned long類型。同樣，delete在釋放堆空間之前會調用析構函數，而free函數則不會。 class Time{ public: Time(int,int,int,string); ~Time(){ cout<</"call Time/'s destructor by:/"<<name<<endl; } private: int hour; int min; int sec; string name; }; Time::Time(int h,int m,int s,string n){ hour=h; min=m; sec=s; name=n; cout<</"call Time/'s constructor by:/"<<name<<endl; } int main(){ Time *t1; t1=(Time*)malloc(sizeof(Time)); free(t1); Time *t2; t2=new Time(0,0,0,/"t2/"); delete t2; system(/"PAUSE/"); return EXIT_SUCCESS; } 結果： call Time/'s constructor by:t2 call Time/'s destructor by:t2 從結果可以看出，使用new/delete可以調用對象的構造函數與析構函數，並且示例中調用的是一個非默認構造函數。但在堆上分配對象數組時，只能調用默認構造函數，不能調用其他任何構造函數。
