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C++堆和棧的區(qū)別與聯(lián)系講解

 更新時(shí)間:2019年04月11日 10:48:34   作者:yangyongUestc  
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C++中,內(nèi)存分為5個(gè)區(qū):堆、棧、自由存儲(chǔ)區(qū)、全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和常量存儲(chǔ)區(qū)。

  • 棧:是由編譯器在需要時(shí)自動(dòng)分配,不需要時(shí)自動(dòng)清除的變量存儲(chǔ)區(qū)。通常存放局部變量、函數(shù)參數(shù)等。
  • 堆:是由new分配的內(nèi)存塊,由程序員釋放(編譯器不管),一般一個(gè)new與一個(gè)delete對(duì)應(yīng),一個(gè)new[]與一個(gè)delete[]對(duì)應(yīng)。如果程序員沒(méi)有釋放掉,        資源將由操作系統(tǒng)在程序結(jié)束后自動(dòng)回收。
  • 自由存儲(chǔ)區(qū):是由malloc等分配的內(nèi)存塊,和堆十分相似,用free來(lái)釋放。
  • 全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū):全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中(在C語(yǔ)言中,全局變量又分為初始化的和未初始化的,C++中沒(méi)有這一區(qū)分)。
  • 常量存儲(chǔ)區(qū):這是一塊特殊存儲(chǔ)區(qū),里邊存放常量,不允許修改。

(注意:堆和自由存儲(chǔ)區(qū)其實(shí)不過(guò)是同一塊區(qū)域,new底層實(shí)現(xiàn)代碼中調(diào)用了malloc,new可以看成是malloc智能化的高級(jí)版本)

一. 堆與棧的討論:

  •  管理方式:堆中資源由程序員控制(容易產(chǎn)生memory leak), 棧資源由編譯器自動(dòng)管理,無(wú)需手工控制。
  •  系統(tǒng)響應(yīng):對(duì)于堆,應(yīng)知道系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表,當(dāng)系統(tǒng)收到程序申請(qǐng)時(shí),遍歷該鏈表,尋找第一個(gè)空間大于申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn),刪    除空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中的該結(jié)點(diǎn),并將該結(jié)點(diǎn)空間分配給程序(大多數(shù)系統(tǒng)會(huì)在這塊內(nèi)存空間首地址記錄本次分配的大小,這樣delete才能正確釋放本內(nèi)存  空間,另外系統(tǒng)會(huì)將多余的部分重新放入空閑鏈表中)。對(duì)于棧,只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間,系統(tǒng)為程序提供內(nèi)存,否則報(bào)異常提示棧出。
  •  空間大?。?nbsp;堆是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域(因?yàn)橄到y(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)空閑內(nèi)存地址,自然不是連續(xù)的),堆大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存(32bit  系統(tǒng)理論上是4G),所以堆的空間比較靈活,比較大。棧是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域,大小是操作系統(tǒng)預(yù)定好的,windows下棧大小是2M(也有是1M,在  編譯時(shí)確定,VC中可設(shè)置)。
  •  碎片問(wèn)題:對(duì)于堆,頻繁的new/delete會(huì)造成大量碎片,使程序效率降低。 對(duì)于棧,它是一個(gè)先進(jìn)后出的隊(duì)列,進(jìn)出一一對(duì)應(yīng),不會(huì)產(chǎn)生碎片。
  •  生長(zhǎng)方向:堆向上,向高地址方向增長(zhǎng)。棧向下,向低地址方向增長(zhǎng)。
  •  分配方式: 堆都是動(dòng)態(tài)分配(沒(méi)有靜態(tài)分配的堆)。棧有靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配,靜態(tài)分配由編譯器完成(如局部變量分配),動(dòng)態(tài)分配由alloca函數(shù)  分    配,但棧的動(dòng)態(tài)分配的資源由編譯器進(jìn)行釋放,無(wú)需程序員實(shí)現(xiàn)。
  •  分配效率:堆由C/C++函數(shù)庫(kù)提供,機(jī)制很復(fù)雜。所以堆的效率比棧低很多。棧是極其系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)在底層對(duì)棧提供支持,分配專門  寄存  器存放棧地址,棧操作有專門指令。

二. 程序示例

通過(guò)下面的程序可以更好的對(duì)上面的概念進(jìn)行理解。

int  b;  
//main.cpp
int  a  =  0;  //全局初始化區(qū)
char  *p1;    //全局未初始化區(qū)
main(){int  b;           //棧
char  s[]  =  "abc";   // 棧
char  *p2;         //棧
char  *p3  =  "123456";  // 123456/0在常量區(qū),p3在棧上。
static int c = 0;      // 全局(靜態(tài))初始化區(qū)
p1 =  (char *)malloc(10)
p2 =  (char *)malloc(20)  // 分配得來(lái)得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。
strcpy(p1, "123456");    // 123456/0放在常量區(qū),編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。
}

小結(jié):

堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來(lái)看出:

使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點(diǎn)菜(發(fā)出申請(qǐng))、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會(huì)切菜、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。使用堆就象是自己動(dòng)手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。(經(jīng)典!)

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接

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