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C/C++语言学习――内存分配管理(一)
2015-11-21 01:20:06 来源: 作者: 【 】 浏览:6
Tags:C/C 语言学习 内存 分配 管理
1、一个由C编译的程序占用的内存分为以下几个部分
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  1、栈区(stack)— 程序运行时由编译器自动分配,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。程序结束时由编译器自动释放。
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  2、堆区(heap) — 在内存开辟另一块存储区域。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)(static)—编译器编译时即分配内存。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。
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  例子程序
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?
复制代码
?1 char aaa[3*2048*2048];
?2 int a = 0; //全局初始化区?
?3 char *p1; //全局未初始化区
?4 int ?main() {?
?5 int b;// 栈?
?6 char s[] = "abc"; //栈 char *p2; //栈?
?7 char *p3 = "123456"; //"123456/0"在常量区,p3在栈上。static int c =0; //全局(静态)初始化区
?8 p1 = (char *)malloc(10);?
?9 p2 = (char *)malloc(20);?
10 //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。?
11 strcpy(p1, "123456"); //123456/0放在常量区
12 }
复制代码
2、内存分配方式有三种:
?
  1、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。
  2、在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,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,效率很高,但是分配的内存容量有限。
  3、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释放内存。动态内存的生存期由程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,就有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏,频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
?
3.堆与栈的比较
  3.1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,在C中malloc函数,C++中是new运算 ? ? 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本身是在栈中的。
  3.2申请后系统的响应
   ? ?栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,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。
  ? ? 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,代 ? ?码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。
   ? ?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。
  3.3申请大小的限制
   ? ?栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这 ? ? 句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的 ? ? 大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈 ? ? 的剩余空间时,将提示overflow。因 此,能从栈获得的空间较小。
   ? ?堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表 ? ?来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。 ? ?堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也 ? ?比较大。
  3.4申请效率的比较
  ? ? 栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
  ? ? 堆是由new分配的内存,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。
   ? ?另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也 ? ? 不是栈,而是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度 ? ?快,也最灵活。
  3.5堆和栈中的存储内容
   ? ?栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下 ? ?一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由 ? ?右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
  ? ? 当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始 ? ?存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。
   ? ?堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。
  3.6存取效率的比较
   ? ?char s1[] = "a";
  ? ? char *s2 = "b";
   ? ?a是在运行时刻赋值的;而b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:  
复制代码
1 int main(){
2 ? ? char a = 1;
3 ? ? char c[] = "1234567890";
4 ? ? char *p ="1234567890";
5 ? ? a = c[1];
6 ? ? a = p[1];
7 ? ? return 0;
8 }
复制代码
   ? ?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。
?
  3.7小结
   ? ?堆和栈的主要区别由以下几点:
    1、管理方式不同;
    2、空间大小不同;
    3、能否产生碎片不同;
    4、生长方向不同;
    5、分配方式不同;
    6、分配效率不同;
   ? ?管
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