各编程语言的内存分配方式

C++的内存分配方式:

1、栈区(stack)——由编译器自动分配释放,在不需要的时候自动清除。用于存放函数的参数、局部变量等。在一个进程中,位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈,编译器用它来实现函数的调用。操作方式类似数据结构中的栈(后进先出)。

2、堆区(heap)——就是那些由 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 就要对应一个 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。堆可以动态地扩展和收缩。不同于数据结构中的堆,分配方式有些类似链表。

自由存储区——就是那些由 malloc 等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用 free 来结束自己的生命的。

3、全局区(静态区)——全局变量和静态变量存储在这里。程序结束后由系统释放。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(初始化的全局变量和静态变量在一块区域(DATA段),未初始化的全局变量与静态变量在相邻的另一块区域(BSS段),同时未被初始化的对象存储区可以通过 void* 来访问和操纵),在 C++ 里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。

4、常量存储区——常量字符串就存放在这里。一般不允许修改。程序结束后由系统释放。

5、代码区——存放函数体的二进制代码。

示意图如下:

|----------------------|     高地址
|     栈区(Statk)    | -->向下增长
|----------------------|
|     堆区(Heap)    | -->向上增长
|----------------------|
| 未初始化(BSS) |
|----------------------|
|   初始化(Data)   |
|----------------------|
|    常量存储区    |
|----------------------|
|   正文段(Text)   |
|----------------------|    低地址

附:堆和栈究竟有什么区别?

1、管理方式不同:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。  

2、空间大小不同:一般来讲在 32 位系统下,堆内存可以达到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,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下面,默认的栈空间大小是1M(好像是这样的)   

3、能否产生碎片不同: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,因为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出。   

4、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,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。   

5、分配方式不同:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由 malloc 函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。   

6、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++ 函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

小结:从这里我们可以看到,堆和栈相比,由于大量 new/delete 的使用,容易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址,EBP 和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用堆。   虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。   无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中,没有发生上面的问题,你还是要小心,说不定什么时候就崩掉,那时候 debug 就相当困难了。

ps:如果有人把堆栈合起来说,那它的意思是栈,可不是堆。

可参考文章:

C++内存分配方式详解——堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区

C的内存分配方式:

C语言的强大之处在于它能直接操作内存(指针),但是要完全熟悉它的操作方式我们必须要弄清它的存储方式。存储变量的位置分为:普通内存(静态存储区)、运行时堆栈(动态存储区)、硬件寄存器(动态存储区),当然这几种存储的效率是从低到高的。以及常量存储区和代码存储区,分别用于存储字符串常量、使用const修饰的全局变量以及二进制函数代码。

在C语言中没有其他高级语言public、private等修饰符,来限定变量和函数的有效范围,但是却有两个类似的关键字能达到类似的效果:extern和static。

  1. extern作用于变量时用于声明一个已经定义的变量,但是并不能定义变量;使用extern你可以在其他文件中使用全局变量(当然此时extern可以省略);
  2. extern作用于函数时与它作用于全局变量有点类似,声明这个函数是外部函数,其他文件可以访问,但不同的是当它作用于函数时不仅可以声明函数还可以定义函数(用在函数定义前面),不管是定义还是声明都可以省略,C语言默认认为函数定义或声明都是外部函数;
  3. static作用于变量时,该变量只会定义一次,以后在使用时不会重新定义,当static作用于全局变量时说明该变量只能在当前文件可以访问,其他文件中不能访问;
  4. static作用于函数时与作用于全局变量类似,表示声明或定义该函数是内部函数(又叫静态函数),在该函数所在文件外的其他文件中无法访问此函数;

可参考文章:

C语言之存储方式和作用域

时间: 2024-10-14 16:56:44

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C和C++内存分配方式记录

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C++内存分配方式——小结

1 内存分配方式 内存分配方式有如下三种: 从静态存储区域分配.内存在程序编译的时候就分配好了,这些内存在整个程序运行期间都存在,如全局变量.static变量等等. 在堆栈上分配.在函数执行期间,函数形参.函数内局部变量的存储单元都置于堆栈上,函数调用结束后自动从堆栈上释放. 从堆(heap)或自由存储空间分配,也叫动态内存分配.程序运行期间使用malloc()或new申请内存,使用free()或delete释放内存. 一般的原则是:如果使用堆栈和静态存储就能够满足应用需求,就不要使用动态存储.

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