C/C++程序内存的分配

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一、一个C/C++编译的程序占用内存分为以下几个部分:
  • 栈区(stack):由编译器自动分配与释放,存放为运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作类似于数据结构中的栈。
  • 堆区(heap):一般由程序员自动分配,如果程序员没有释放,程序结束时可能有OS回收。其分配类似于链表。
  • 全局区(静态区static):存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放。全局区分为已初始化全局区(data)和未初始化全局区(bss)。
  • 常量区(文字常量区):存放常量字符串,程序结束后有系统释放。
  • 代码区:存放函数体(类成员函数和全局区)的二进制代码。
二、三种内存分配方式
  • 从静态存储区分配

    内存在程序编译的时候已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。

  • 在栈上创建

    在执行函数时,函数内局部变量的存储单元可以在栈上创建,函数执行结束时,这些内存单元会自动被释放。

    栈内存分配运算内置于处理器的指令集,效率高,但是分配的内存容量有限。

  • 从堆上分配

    亦称为动态内存分配。

    程序在运行的时候使用malloc或者new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。

    动态内存的生命周期有程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,既有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏,频繁的分配和释放不同大小的堆空间将会产生内存碎片。

三、内存分配简易图

这里写图片描述

  • 补充:

    在 C 语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的(未被初始化的对象存储区可以通过 void* 来访问和操纵,程序结束后由系统自行释放),在 C++ 里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。

四、堆和栈的区别

  • 管理方式不同

    :栈是由编译器自动申请和释放空间,堆是需要程序员手动申请和释放;

  • 空间大小不同

    :栈的空间是有限的,在32位平台下,VC6下默认为1M,堆最大可以到4G;

  • 能否产生碎片

    :栈和数据结构中的栈原理相同,在弹出一个元素之前,上一个已经弹出了,不会产生碎片,如果不停地调用malloc、free对造成内存碎片很多;

  • 生长方向不同

    :堆生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向,栈刚好相反,向着内存减小的方向生长。

  • 分配方式不同

    :堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有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 malloc 函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

  • 分配效率不同

    :栈的效率比堆高很多。栈是机器系统提供的数据结构,计算机在底层提供栈的支持,分配专门的寄存器来存放栈的地址,压栈出栈都有相应的指令,因此比较快。堆是由库函数提供的,机制很复杂,库函数会按照一定的算法进行搜索内存,因此比较慢。
五、关于内存分配这块,我们常常会提到一个比较重要的知识点就是动态内存管理,我在之前的博客中总结过,现将连接贴在下面,便于查看。
六、静态全局变量、全局变量、静态局部变量、局部变量的区别
  • 静态全局变量、全局变量区别

(1)静态全局变量和全局变量都属于常量区

(2)静态全局区只在本文件中有效,别的文件想调用该变量,是调不了的,而全局变量在别的文件中可以调用

(3)如果别的文件中定义了一个该全局变量相同的变量名,是会出错的。

  • 静态局部变量、局部变量的区别

(1)静态局部变量是属于常量区的,而函数内部的局部变量属于栈区;

(2)静态局部变量在该函数调用结束时,不会销毁,而是随整个程序结束而结束,但是别的函数调用不了该变量,局部变量随该函数的结束而结束;

(3)如果定义这两个变量的时候没有初始值时,静态局部变量会自动定义为0,而局部变量就是一个随机值;

(4)静态局部变量在编译期间只赋值一次,以后每次函数调用时,不在赋值,调用上次的函数调用结束时的值。局部变量在调用期间,每调用一次,赋一次值。



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