程序中内存分配原理分析

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，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。
2、堆区（heap） — 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）—，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。 - 程序结束后有系统释放  
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。 这里有一个经典的例子可以说明一下：下面的示意图显示了内存的分配情况。

例子(一)

int a = 0; //全局区 void main(){ int b; //栈 char s[] = "abc"; //s在栈,"abc"在文字常量区 char *p1,*p2; //栈 char *p3 = "123456"; //"123456"在常量区，p3在栈上 static int c =0; //全局区 p1 = (char *)malloc(10); //p1在栈，分配的10字节在堆 p2 = (char *)malloc(20); //p2在栈，分配的20字节在堆 strcpy(p1, "123456"); //"123456"放在常量区 //编译器可能将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。} 

例子(二)

//返回char型指针char *f(){ //s数组存放于栈上 char s[4] = {'1','2','3','0'}; return s; //返回s数组的地址，但程序运行完s数组就被释放了}void main(){ char *s; s = f(); printf ("%s", s); //打印出来乱码。因为s所指向地址已经没有数据} 

 二、堆和栈的理论知识
2.1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
如p1=(char*)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2=(char*)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2.2 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，另外，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。另外，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。
2.3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。
2.4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Virtual Alloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈,而是直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
2.5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。堆中的具体内容由程序员安排。
知识点：
char *p="1234567890";
"1234567890" 是一个字符串常量，C和C++的标准都规定：任何试图改变字符串常量的行为其结果是“未定义的”。但是上述语句的指针定义却不能阻止通过指针 p 来改变 字符串常量"1234567890"的这种行为，比如：*p = 'a';，编译器发现不了这个错误。
正确的定义方式应该是：const char *p="1234567890";

>> 指针可以这样初始化吗???
回答又是可以的。由于历史的原因，标准在这一点上作了一些“妥协”：既允许字符常量指针自动转换为非常量指针。但是使用者应该知道这样做存在着上述问题。因为这个原因，C++标准把这种转换标记为“Deprecated”，应该避免使用.

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大多数朋友对编译器和系统对程序中的变量如何分配内存不是很清楚，下面我们从一个小程序来分析看看编译器和系统是如何为变量分配内存的注意：我的编译环境为gcc、. 系统平台为: linux 不同的编译环境和操作系统可能有所不同.

#include <iostream>using namespace std;int main(){ int a[5] = {1,2,3,4,5}; int b[5] = {6,7,8,9,10}; cout << b[6] << endl; return 0;}输出结果 2

0xbf8f9fdc5a[4]0xbf8f9fd84a[3]0xbf8f9fd43a[2]0xbf8f9fd02a[1]0xbf8f9fcc1a[0]0xbf8f9fc810b[4]]0xbf8f9fc49b[3]0xbf8f9fc08b[2]0xbf8f9fd07b[1]]0xbf8f9fcc6b[0]

根据上面的图表我们可以看出：数据在内存中的存储情况。即编译器和系统在为变量分配是从高地址开始分配的.

 int a[5] = {1,2,3,4,5};

我们定义了一个数组a,那么此时系统和编译器便从栈地址区找出一块空闲内存分配给数组a.然后数组a便在这块内存中从高地址开始存储,即a[4]--->a[0]

 int b[5] = {6,7,8,9,10};

我们又定义了一个数组b，那么系统和编译器以同样的方法对待b，不过这次是接着a的结束地址往下开始分配(由高往低).

最后的结果便是上面的图表所列的情况，从上面表中我们可以看出b[5]便是a[0]单元,b[6]是a[1]单元.所以输出结果便是2了

 

再来看一个简单

#include <iostream>using namespace std;int main(){ int a = 2; int b = 3; int *p = &b; cout << *p << endl; cout << *(++p) << endl; return 0;}输出结果:32我们可以使用: cout << &a << endl; cout << &b << endl

来查看a,b在内存中的地址情况:

0012FF7C

0012FF78

可以看出a的地址高于b的地址.且他们之间差了4个字节，这是因为a占4个字节.这样我们应该就可以理解为什么输出结果为3 2了。p开始指向变量b，即在变量p的内存空间中存有b的地址。我们输出*p，即输出b的值为3.而后我们输出*(++p)即现对p里面的内容+1,然后输出*p.这里有一点提醒的是: +1操作并不是总是+1，它有它自己的单位，在这里它的单位为4个字节，即一个int型的大小.所以在p+1后就指向了变量a.所以输出结果就为2了.