c/c++程序的内存布局

先说c程序的内存布局，然后再说在c语言内存布局的基础上，c++有哪些不同
c语言：
程序代码段：
代码段是用来存放可执行文件的操作指令，它是可执行程序在内存中的映像。代码段需要防止在运行时被非法修改，所以只准许读取操作，而不允许写入（修改）操作——它是不可写的。
全局区/静态区（包括数据段和BSS段）：
存放全局变量、静态变量。程序结束后由系统释放。
Ｃ程序根据全局变量和静态变量有没有进行显式初始化，还将它们分为两个不同的区域，即BSS和DATA。据说这种区别在C++中已经没有了，而且编码规范要求我们在定义一个变量时，一定要同时对它进行初始化（尤其是一个指针，最好将它置为空），所以我们尽量还是在允许的情况下，遵守这一规范。另外需要特别说明的是，当没有进行显式初始化时，它们的值将被初始化为０。
当函数或外部变量的前面冠以static时，它们的可见范围将限定在所在文件内，程序中其他文件无法见到它们，我们可以用这个办法来有效避免命名冲突。而当一个局部变量被static修饰时，它的可见范围并没有修改，还是限定在函数内，但它的生存期将延长为程序生存期，因为存储区域不是栈区，所以不会因为退栈而被销毁。
1、数据段：
存放可执行文件中已经初始化的全局变量，静态变量
2、BSS段：
包含了程序中未初始化的全局变量，在内存中全部置零

堆：
由程序员通过malloc()等函数分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表，堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc/new等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）。
需要注意的有五点：
第一， 分配后马上进行分配成功与否的验证。
第二， 有分配必须有释放，否则将有可能造成内存泄露。遵循“谁分配谁释放”的原则。
第三， 操作上，malloc和free对应，new和delete对应。另外，前者是库函数，使用时需要加载相应头文件，后者是C++中的关键字，是运算符，不需要加特别的头文件。
第四， 运行效率没有栈高，而且大量频繁使用将造成更多的内存碎片。
第五， 虽然free()函数的参数是指针，但它释放的是内存而不是指针，所以当执行完free()操作后，还应该将指针置空，以避免野指针问题。

栈：
存放局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。系统自动分配释放 ，其操作方式类似于数据结构中的栈。
栈中存放的是一个个被调函数所对应的堆栈帧，当函数fun1被调用，则fun1的堆栈帧入栈，fun1返回时，fun1的堆栈帧出栈。什么是堆栈帧呢，堆栈帧其实就是保存被调函数返回时下一条执行指令的指针、主调函数的堆栈帧的指针、主调函数传递给被调函数的实参(如果有的话)、被调函数的局部变量等信息的一个结构。
和栈密切相关的有2个寄存器，一个是ebp,一个是esp,前者可以叫作栈基址指针，后者可以叫栈顶指针。对于一个堆栈帧来说，ebp也叫堆栈帧指针,它永远指向这个堆栈帧的某个固定位置，所以可以根据ebp来表示一个堆栈帧，可以通过对ebp的偏移加减，来在堆栈帧中来来回回的访问。esp则是随着push和pop而不断移动。因此根据esp来对堆栈帧进行操作。
栈的使用需要注意的有三点：
第一， 退栈后销毁进栈时定义数据，请看下面这段。

char* fun(char *p){char test[] = "hello";p = test;return p;}

//下面是某调用函数中的代码

char *a = "world";printf("%s\n",fun(a));

输出的结果是什么？hello还是world?
test[]数组是局部变量，当所属函数被调用时，系统为之在栈区分配一段内存空间，存六个字符以及一些记录信息，test对应该段内存空间首地址，当一个参数即指针p传入时，将test的值赋给p,而当函数调用结束的时候，发生退栈操作，刚才分配的内存被“销毁”，即写入“垃圾信息”。所以调用的结果是：给参数赋给了一个栈区地址，该地址指向的内存空间里是一堆垃圾信息，所以输出结果既不是hello又不是world。
第二，正是由于栈“后进先出”的特点，所以函数调用的机制是借助栈区来完成的，而当我们进行大量频繁的调用操作时，系统将随之进行大量的进栈退栈操作，从而消耗时间资源，使得程序的执行效率下降。Ｃ语言解决的方法是使用宏来代替那些短小而被频繁调用的函数，而Ｃ++则是引入了内联函数机制。除此之外，还有就是提高编程技巧，注意细节。
第三，由于系统为栈分配的空间很有限，一般只有1M（可以调整设置），如果申请的栈空间太大，将会出现栈溢出的错误。一次试验时，我用的机器上能分配的最大栈空间为1036084byte,也就是0.988M。所以当在栈区定义“大数据”时，一定要敏感。

c++：
在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

　　栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

　　堆，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。

　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。

　　全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，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，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

　　常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多，在《const的思考》一文中，我给出了6种方法）

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明确区分堆与栈

　　在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。

　　首先，我们举一个例子：

void f() { int* p=new int[5]; } 

　　这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：

00401028 push 14h 0040102A call operator new (00401060) 0040102F add esp,4 00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax 00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8] 00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax 

　　这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。

　好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？

　　主要的区别由以下几点：

　　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；

　　管理方式：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。

　　空间大小：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，记不清楚了）。当然，我们可以修改：

　　打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。

　　注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

　　碎片问题：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，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

　　生长方向：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。

　　分配方式：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alloca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。（alloca是在栈(stack)上申请空间,用完马上就释放.）

　　分配效率：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。

　　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可是相当困难的：）
参考：
http://dev.yesky.com/460/2379960.shtml
http://blog.csdn.net/imyfriend/article/details/8497103