C/C++内存布局方式

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_8441efe20100t10j.html

 在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。

 

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

转自：http://blog.csdn.net/imyfriend/article/details/8497103

对任何一个普通C++程序来讲，它都会涉及到5种不同的数据段。常用的几个数据段种包含有“程序代码段”、“程序数据段”、“程序堆栈段”等。不错，这几种数据段都在其中，但除了以上几种数据段之外，进程还另外包含两种数据段。下面我们来简单归纳一下进程对应的内存空间中所包含的5种不同的数据区。

代码段：代码段是用来存放可执行文件的操作指令，也就是说是它是可执行程序在内存种的镜像。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。

数据段：数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量，换句话说就是存放程序静态分配的变量和全局变量。

BSS段：BSS段包含了程序中未初始化全局变量，在内存中bss段全部置零。

堆（heap）：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）

栈：栈是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味这在数据段中存放变量）。除此以外在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也回被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上将我们可以把堆栈看成一个临时数据寄存、交换的内存区。

    我们要知道，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。

    首先，我们要说明的是如何区分每个堆栈帧，或者说，如何知道我现在在使用哪个堆栈帧。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(见上图)，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。
再来讲一下上图，一个堆栈帧的最顶部，是实参，然后是return address,这个值是由主调函数中的call命令在call调用时自动压入的，不需要我们关心，previousframe pointer,就是主调函数的堆栈帧指针，也就是主调函数的ebp值。ebp偏移为正的都是被调函数的局部变量。