C++堆和棧的區(qū)別與聯(lián)系講解
C++中,內(nèi)存分為5個區(qū):堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。
- 棧:是由編譯器在需要時自動分配,不需要時自動清除的變量存儲區(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new與一個delete對應,一個new[]與一個delete[]對應。如果程序員沒有釋放掉, 資源將由操作系統(tǒng)在程序結(jié)束后自動回收。
- 自由存儲區(qū):是由malloc等分配的內(nèi)存塊,和堆十分相似,用free來釋放。
- 全局/靜態(tài)存儲區(qū):全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中(在C語言中,全局變量又分為初始化的和未初始化的,C++中沒有這一區(qū)分)。
- 常量存儲區(qū):這是一塊特殊存儲區(qū),里邊存放常量,不允許修改。
(注意:堆和自由存儲區(qū)其實不過是同一塊區(qū)域,new底層實現(xiàn)代碼中調(diào)用了malloc,new可以看成是malloc智能化的高級版本)
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管理,無需手工控制。
- 系統(tǒng)響應:對于堆,應知道系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表,當系統(tǒng)收到程序申請時,遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于申請空間的堆結(jié)點,刪 除空閑結(jié)點鏈表中的該結(jié)點,并將該結(jié)點空間分配給程序(大多數(shù)系統(tǒng)會在這塊內(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)會將多余的部分重新放入空閑鏈表中)。對于棧,只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統(tǒng)為程序提供內(nèi)存,否則報異常提示棧出。
- 空間大?。?nbsp;堆是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域(因為系統(tǒng)是用鏈表來存儲空閑內(nèi)存地址,自然不是連續(xù)的),堆大小受限于計算機系統(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)預定好的,windows下棧大小是2M(也有是1M,在 編譯時確定,VC中可設置)。
- 碎片問題:對于堆,頻繁的new/delete會造成大量碎片,使程序效率降低。 對于棧,它是一個先進后出的隊列,進出一一對應,不會產(chǎn)生碎片。
- 生長方向:堆向上,向高地址方向增長。棧向下,向低地址方向增長。
- 分配方式: 堆都是動態(tài)分配(沒有靜態(tài)分配的堆)。棧有靜態(tài)分配和動態(tài)分配,靜態(tài)分配由編譯器完成(如局部變量分配),動態(tài)分配由alloca函數(shù) 分 配,但棧的動態(tài)分配的資源由編譯器進行釋放,無需程序員實現(xiàn)。
- 分配效率:堆由C/C++函數(shù)庫提供,機制很復雜。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),計算機在底層對棧提供支持,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
通過下面的程序可以更好的對上面的概念進行理解。
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),編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。 }
小結(jié):
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出:
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點菜(發(fā)出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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)
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