內存分配——棧、堆、靜態區、符號區等等

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,存放函數參數值,局部變量的值等。其操作方式類似于數據結構中的棧。

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 。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似于鏈表。

3、全局區(靜態區)(static)—,全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。 -程序結束后由系統釋放

4、文字常量區 —常量字符串就是放在這里的。程序結束后由系統釋放

5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

二、例子程序

這是一個前輩寫的,非常詳細

//main.cpp

int a = 0; 全局初始化區

char *p1; 全局未初始化區

main()

{

int b; 棧

char s[] = "abc"; 棧

char *p2; 棧

char *p3 = "123456"; 123456在常量區,p3在棧上。

static int c =0; 全局(靜態)初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

分配得來得10和20字節的區域就在堆區。

strcpy(p1, "123456"); 123456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。

}

二、堆和棧的理論知識

2.1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,并指明大小,在c中malloc函數

如p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new運算符

如p2 = (char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2

申請后系統的響應

棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,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閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,

會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點,然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除,并將該結點的空間分配給程序,另外,對于大多數系統,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。另外,由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小,系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

2.3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。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于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。

2.4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,也不是在棧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。

2.5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后的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址,然后是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧的,然后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后,局部變量先出棧,然后是參數,最后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。

2.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa 是在運行時刻賦值的;

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;

但是,在以后的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。

比如:

#include

void main()

{

char a = 1;

char c[] = "1234567890";

char *p ="1234567890";

a = c[1];

a = p[1];

return;

}

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,在根據edx讀取字符,顯然慢了。

2.7小結:

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:

使用棧就象我們去飯館里吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。

1、內存分配方面:

堆: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 。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式是類似于鏈表。可能用到的關鍵字如下:new、malloc、delete、free等等。

棧:由編譯器(Compiler)自動分配釋放,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似于數據結構中的棧。

2、申請方式方面:

堆:需要程序員自己申請,并指明大小。在c中malloc函數如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new運算符,但是注意p1、p2本身是在棧中的。因為他們還是可以認為是局部變量。

棧: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。

3、系統響應方面:

堆:操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點,然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除,并將該結點的空間分配給程序,另外,對于大多數系統,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。另外由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小,系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。

4、大小限制方面:

堆:是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于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。

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,棧的大小是固定的(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。

5、效率方面:

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,也不是在棧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。

棧:由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。

6、存放內容方面:

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。

棧:在函數調用時第一個進棧的是主函數中后的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址然后是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧,然后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后,局部變量先出棧,然后是參數,最后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。

7、存取效率方面:

堆:char *s1 = "Hellow Word";是在編譯時就確定的;

棧:char s1[] = "Hellow Word"; 是在運行時賦值的;用數組比用指針速度要快一些,因為指針在底層匯編中需要用edx寄存器中轉一下,而數組在棧上直接讀取。

C語言內存管理

【規則1】用malloc或new申請內存之后,應該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內存。

【規則2】不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。

【規則3】避免數組或指針的下標越界,特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。

【規則4】動態內存的申請與釋放必須配對,防止內存泄漏。

【規則5】用free或delete釋放了內存之后,立即將指針設置為NULL,防止產生“野指針”。

常見的內存錯誤及其對策如下:

1.內存分配未成功,卻使用了它。

編程新手常犯這種錯誤,因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是,在使用內存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數的參數,那么在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請內存,應該用if(p==NULL)或if(p!=NULL)進行防錯處理。

2.內存分配雖然成功,但是尚未初始化就引用它。

犯這種錯誤主要有兩個起因:一是沒有初始化的觀念;二是誤以為內存的缺省初值全為零,導致引用初值錯誤(例如數組)。

內存的缺省初值究竟是什么并沒有統一的標準,盡管有些時候為零值,我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組,都別忘了賦初值,即便是賦零值也不可省略,不要嫌麻煩。

3.內存分配成功并且已經初始化,但操作越過了內存的邊界。

例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環語句中,循環次數很容易搞錯,導致數組操作越界。

4.忘記了釋放內存,造成內存泄露。

含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足,你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉,系統出現提示:內存耗盡。

動態內存的申請與釋放必須配對,程序中malloc與free的使用次數一定要相同,否則肯定有錯誤(new/delete同理)。

5.釋放了內存卻繼續使用它。

有三種情況:

(1)程序中的對象調用關系過于復雜,實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存,此時應該重新設計數據結構,從根本上解決對象管理的混亂局面。

(2)函數的return語句寫錯了,注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”,因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。

(3)使用free或delete釋放了內存后,沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”


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