《高质量C/C++编程》学习笔记3（内存）

 

 一、内存分配方式：

1、静态分配（静态存储区）

        在编译时，对static和全局变量进行空间的分配，在程序的整个运行过程中都有效。

2、栈分配

       在执行某个函数时，进行内存的分配，包括对于函数内部局部变量的内存分配，在函数执行结束时，这些内存会自动的被释放掉。栈内存的分配运算位于处理器的指令集中，所以执行效率很高，但是分配的容量有限。

3、堆分配（动态分配方式）

      用于在程序运行过程中进行动态内存的申请，如malloc和new。但是必须要求编程人员自己对内存进行释放的操作，此种方式使用灵活，但问题也最多。

 

二、内存区域划分

    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）

   其中自由存储区 和 堆 有什么区别呢？难道仅仅是C和C++本身的区别么？

在csdn上找到的一些答案：

[自由存储区（free store）：]
自由存储区（free store）是C++两个动态内存区域之一，使用new和delete来予以分配和释放。在自由存储区（free store）中，对象的生存周期可以比存放它的内存区的生存周期短；这也就是说，我们可以获得一片内存区而不用马上对其进行初始化；同时，在对象被销毁之后，也不用马上收回其占用的内存区。在对象被销毁而其占用的内存区还未被收回的这段时间内，我们可以通过void*型的指针访问这片区域，但是其原始对象的非静态成员以及成员函数（即使我们知道了它们的地址）都不能被访问或者操纵。

[堆（heap）区：]

堆（heap）区是另一个动态存储区域，使用malloc、free以及他们的变形体来进行分配和回收。要注意，虽然在特定的编译器里缺省的全局运算符new和delete也许会按照malloc和free的方式来被实现，但是堆（heap）与自由存储区（free store）是不同的——在某一个区域内被分配的内存不能在另一个区域内被安全的回收。堆（heap）中被分配的内存一般用于对类对象进行placement-new的构造和explicit的析构。堆中对象的生存周期与自由存储区（free store）中的类似。

 

三、栈 和 堆 的区别

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。
    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。