C/C++中内存区划分、堆和栈的比较

一、在C中分区

1、栈 — — 由编译器自动分配释放。

2、堆 — —需程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束由OS回收。

3、全局变量区 — — 即静态变量区。全局变量和静态变量的存储是放在一块儿的，初始化的全局变量和静态变量放在一块区域，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。程序结束释放。

4、常量区 — — 存储常量。程序结束释放。

(a)函数体中定义的变量通常是在栈上，

(b)用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。

(c)在所有函数体外定义的是全局量，

(d)加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区）,

(e)在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用，

(f)在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。

(7)另外，函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。

比如：

 1 int a = 0; //全局初始化区
 2  char *p1; //全局未初始化区
 3  void main()
 4 {
 5      int b; //栈
 6      char s[] = "abc"; //栈
 7      char *p2; //栈
 8      char *p3 = "123456"; //123456在常量区，p3在栈上
 9      static int c = 0; //全局（静态）初始化区
10      p1 = (char *)malloc(10); //分配得来得10字节的区域在堆区
11      p2 = (char *)malloc(20); //分配得来得20字节的区域在堆区
12      strcpy(p1, "123456");
13      //123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一块
14  }

二.在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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）

6、程序代码区——存放函数的二进制代码。 

三、区分堆与栈

首先，我们举一个例子：

1 void f()
2 { 
3      int* p=new int[5];
4  }

这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他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，

1、申请方式：

栈 — — 由系统自动分配和释放。

堆 — — 由程序员申请和释放。

2、申请大小的限制

栈 — — 在windows下栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。栈的大小是固定的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。

堆 — — 向高地址扩展。是不连续的内存区域。这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。

3、系统响应

栈 — — 只要栈的空间大于所申请内存，系统将为程序提供内存，否则将报异常，提示溢出。

堆 — — 首先应该知道操作系统有一个纪录空闲内存地址的链表，但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链表中删除。并将该结点指向的内存空间分配给程序。对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处纪录本次分配的大小，这样，代码中的free()才能正确的释放本内存空间。另外，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。

⚠️：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。

4、栈和堆中的存储内容

栈 — — 在函数调用时，第一个进栈的是主程序下一条指令的地址。然后是函数的各个参数，参数是从右向左入栈的，然后是函数中的局部变量。注：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，最后栈顶指针只想最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令地址，程序由该点继续执行。

堆 — — 一般在堆的头部用一个字节存放堆的大小。

5、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。