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不同類型的變量在內存中的分配與釋放(詳解)

編輯:C++入門知識

一、堆和棧基本概念:

<1>堆和棧(理論部分

     堆的概念:

  • 這塊內存是有很多內存塊組成,很像鞭炮一樣串在一根繩子上,但這些內存塊的大小不一樣,存儲在鏈表結構中的結點中。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的堆節點,然後將該節點從空閒節點鏈表中刪除,並將該節點的空間分配給程序。

          棧的概念:

  • 這塊內存是連續的,就好比是一個數組,所以你在內存分配的時候,會發現變量地址是連續的在函數調用時第一個進棧的主函數中的下一條指令(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,然後是函數中的局部變量。

    <2>堆和棧(實際代碼部分)

     

    #include <stdio.h><malloc.h><stdlib.h>
    
     a= * main( argc, *,&  MAXIN =  *p = (*)malloc(MAXIN *());
        printf(  s_m=,& ,& 

    image

     

    從以上代碼可知:


    1.棧,就是那些由編譯器在需要的時候分配,在不需要的時候自動清楚的變量的存儲區。裡面的變量通常是局部變量、函數參數等。
    2.堆,就是那些由new分配的內存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉,那麼在程序結束後,操作系統會自動回收。
    3.自由存儲區,就是那些由malloc等分配的內存塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。
    4.全局/靜態存儲區,全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中,在以前的C語言中,全局變量又分為初始化的和未初始化的,在C++裡面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊內存區。
    5.常量存儲區,這是一塊比較特殊的存儲區,他們裡面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過非正當手段也可以修改)


    二、堆和棧區別對比

  • 管理方式不同:對於棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;
                            對於堆來講,釋放工作由程序員完成,容易產生memory leak(內存洩露)

  • 空間大小不同:一般來說,在32位系統下, 堆內存可以達到4G的空間,從這個角度分析堆內存幾乎是沒有什麼限制的,
                           對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,一般棧的空間大小是1M

  • 能否產生碎片不同:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間不連續,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,他們是一一對應的。

  • 生長方向不同: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,生長方向是向下的,也就是向著內存地址減小的方向增長

  • 分配方式不同:堆是動態分配的,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。1>靜態分配是編譯器完成的,比如局部變量;2>動態分配由
                            alloca函數進行分配

  • 分配效率不同: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;分隊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,這就決定了站的效率比較高。
                            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,就有可能調用系統功能區增加
                                           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。

  • 總結: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。

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