程序的存储空间布局/堆与栈 - [UNIX/Linux平台]

from : http://blog.chinaunix.net/u1/40912/showart_317984.html

栈
由编译器自动分配释放管理。局部变量及每次函数调用时返回地址、以及调用者的环境信息（例如某些机器寄存器）都存放在栈中。新被调用的函数在栈上为其自动和临时变量分配存储空间。通过以这种方式使用栈，C函数可以递归调用。

堆
需要由程序员分配释放管理，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。通常在堆中进行动态存储分配。

 

非初始化数据段

通常将此段称为b s s段，这一名称来源于早期汇编程序的一个操作符，意思是“block started by symbol（由符号开始的块）”，未初始化的全局变量和静态变量存放在这里。在程序开始执行之前，内核将此段初始化为0。函数外的说明：long sum[1000] ; 使此变量存放在非初始化数据段中。

 

初始化的数据

通常将此段称为数据段，它包含了程序中需赋初值的变量。初始化的全局变量和静态变量存放在这里。例如，C程序中任何函数之外的说明：int maxcount = 99; 使此变量以初值存放在初始化数据段中。

 

正文段

C P U执行的机器指令部分。通常，正文段是可共享的，所以即使是经常环境指针环境表环境字符串执行的程序(如文本编辑程序、C编译程序、s h e l l等)在存储器中也只需有一个副本，另外，正文段常常是只读的，以防止程序由于意外事故而修改其自身的指令。

 

对于x86处理器上的Linux,正文段从0x08048000单元开始，栈底在0xC0000000之下开始（栈由高地址向低地址方向增长）。堆顶和栈底之间未用的虚拟空间很大。

 

Shell的size命令可以看到一个程序的正文段(text)、数据段(data)、非初始化数据段(bss)及文件长度.

[foxman@17:01:49 ]$size mydesign

   text    data     bss     dec     hex filename

  79210    1380     404   80994   13c62 mydesign

 

堆与栈的区别由以下几点：

 

    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。当然，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。

 

    从这里可以看到，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，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.

 

来源:

1.       《UNIX环境高级编程》第3版

2.       http://www.52blog.net/user1/3843/archives/2004/54340.shtml