C/C++程序内存中数据存储区分类

转自：http://blog.csdn.net/southflow/article/details/5978724

C/C++中，内存中数据存储分成4个区，分别是堆、栈、全局/静态存储区和常量存储区。
      栈(stack)，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除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
      堆(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。
      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(DATA段)和未初始化的(BSS段)，在C++里面没有这个区分了，它们共同占用同一块内存区。
      常量存储区，常量字符串就是放在这里的，不允许修改(通过非正当手段也可以修改，而且方法很多)，程序结束后由系统释放。

|----------------------|
|   内核虚拟存储器  |
|----------------------|
|   用户栈(Statk)  |
|----------------------|
|               |             |
|             / /            |
|                             |
|             / /            |
|               |             |
|----------------------|
|      堆(Heap)       |
|----------------------|
|    未初始化(BSS) |
|----------------------|
|      初始化(Data)  |
|----------------------|
|      正文段(Text |
|----------------------|

区分堆与栈:
      void f() { int* p=new int[5]; }
      这条短短的一句话就包含了堆与栈，关键new指示分配了一块堆内存，而指针P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

堆与栈主要的区别由以下几点：
      1）管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需手动控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生内存泄露。
      2）申请后系统的响应：对于栈来讲，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。对于堆来讲，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，并将剩余的部分重新放入空闲链表中，最后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。
      3）空间大小：堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。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
      两个参数都可以修改：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。
      4）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。
      5）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。(联系：小尾端是高位字节在高端地址、低位字节在低位地址，因此在压栈时先压高字节后压低字节)
      6）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，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。另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，它不是在堆，也不是在栈，而是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
总之，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。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

内存碎片：

所谓内存碎片一般是不需要整理的，在你重启电脑后内存就会重新得到充分利用，除非你是服务器管理人员，但是只要不是过多的非法中止应用程序，内存碎片产量也是微不足道的，非要整理的话有很多工具都能胜任，你搜索一下“内存整理工具”然后挑一个可靠网站去下载就可以了