C++中靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)與棧以及堆的區(qū)別詳解
學(xué)習(xí)c++如果不了解內(nèi)存分配是一件非??杀氖虑?。而且,可以這樣講,一個(gè)C++程序員無(wú)法掌握內(nèi)存、無(wú)法了解內(nèi)存,是不能夠成為一個(gè)合格的C++程序員的。
一、內(nèi)存基本構(gòu)成
可編程內(nèi)存在基本上分為這樣的幾大部分:靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)、堆區(qū)和棧區(qū)。他們的功能不同,對(duì)他們使用方式也就不同。
靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū):內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好,這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。它主要存放靜態(tài)數(shù)據(jù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)和常量。
棧區(qū):在執(zhí)行函數(shù)時(shí),函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。
堆區(qū):亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意大小的內(nèi)存,程序員自己負(fù)責(zé)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期可以由我們決定,如果我們不釋放內(nèi)存,程序?qū)⒃谧詈蟛裴尫诺魟?dòng)態(tài)內(nèi)存。 但是,良好的編程習(xí)慣是:如果某動(dòng)態(tài)內(nèi)存不再使用,需要將其釋放掉,否則,我們認(rèn)為發(fā)生了內(nèi)存泄漏現(xiàn)象。
二、三者之間的區(qū)別
我們通過(guò)代碼段來(lái)看看對(duì)這樣的三部分內(nèi)存需要怎樣的操作和不同,以及應(yīng)該注意怎樣的地方。
例一:靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)與棧區(qū)
char* p = “Hello World1”;
char a[] = “Hello World2”;
p[2] =‘A';
a[2] =‘A';
char* p1 = “Hello World1;”
這個(gè)程序是有錯(cuò)誤的,錯(cuò)誤發(fā)生在p[2] = ‘A'這行代碼處,為什么呢,是變量p和變量數(shù)組a都存在于棧區(qū)的(任何臨時(shí)變量都是處于棧區(qū)的,包括在main()函數(shù)中定義的變量)。但是,數(shù)據(jù)“Hello World1”和數(shù)據(jù)“Hello World2”是存儲(chǔ)于不同的區(qū)域的。因?yàn)閿?shù)據(jù)“Hello World2”存在于數(shù)組中,所以,此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于棧區(qū),對(duì)它修改是沒(méi)有任何問(wèn)題的。因?yàn)橹羔樧兞縫僅僅能夠存儲(chǔ)某個(gè)存儲(chǔ)空間的地址,數(shù)據(jù)“Hello World1”為字符串常量,所以存儲(chǔ)在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。雖然通過(guò)p[2]可以訪問(wèn)到靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中的第三個(gè)數(shù)據(jù)單元,即字符‘l'所在的存儲(chǔ)的單元。但是因?yàn)閿?shù)據(jù)“Hello World1”為字符串常量,不可以改變,所以在程序運(yùn)行時(shí),會(huì)報(bào)告內(nèi)存錯(cuò)誤。并且,如果此時(shí)對(duì)p和p1輸出的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)p和p1里面保存的地址是完全相同的。
例二:棧區(qū)與堆區(qū)
char* f1()
{
char* p = NULL;
char a;
p = return p;
}
char* f2()
{
char* p = NULL:
p =(char*)new char[4];
return p;
}
這兩個(gè)函數(shù)都是將某個(gè)存儲(chǔ)空間的地址返回,二者有何區(qū)別呢?f1()函數(shù)雖然返回的是一個(gè)存儲(chǔ)空間,但是此空間為臨時(shí)空間。也就是說(shuō),此空間只有短暫的生命周期,它的生命周期在函數(shù)f1()調(diào)用結(jié)束時(shí),也就失去了它的生命價(jià)值,即:此空間被釋放掉。所以,當(dāng)調(diào)用f1()函數(shù)時(shí),如果程序中有下面的語(yǔ)句:
char* p;
p = f1();
*p =‘a(chǎn)';
此時(shí),編譯并不會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤,但是在程序運(yùn)行時(shí),會(huì)發(fā)生異常錯(cuò)誤。因?yàn)?,你?duì)不應(yīng)該操作的內(nèi)存(即,已經(jīng)釋放掉的存儲(chǔ)空間)進(jìn)行了操作。但是,相比之下,f2()函數(shù)不會(huì)有任何問(wèn)題。因?yàn)?,new這個(gè)命令是在堆中申請(qǐng)存儲(chǔ)空間,一旦申請(qǐng)成功,除非你將其delete或者程序終結(jié),這塊內(nèi)存將一直存在。也可以這樣理解,堆內(nèi)存是共享單元,能夠被多個(gè)函數(shù)共同訪問(wèn)。如果你需要有多個(gè)數(shù)據(jù)返回卻苦無(wú)辦法,堆內(nèi)存將是一個(gè)很好的選擇。但是一定要避免下面的事情發(fā)生:
void f()
{
…
char * p;
p =(char*)new char[100];
…
}
這個(gè)程序做了一件很無(wú)意義并且會(huì)帶來(lái)很大危害的事情。因?yàn)?,雖然申請(qǐng)了堆內(nèi)存,p保存了堆內(nèi)存的首地址。但是,此變量是臨時(shí)變量,當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)p變量消失。也就是說(shuō),再也沒(méi)有變量存儲(chǔ)這塊堆內(nèi)存的首地址,我們將永遠(yuǎn)無(wú)法再使用那塊堆內(nèi)存了。但是,這塊堆內(nèi)存卻一直標(biāo)識(shí)被你所使用(因?yàn)闆](méi)有到程序結(jié)束,你也沒(méi)有將其delete,所以這塊堆內(nèi)存一直被標(biāo)識(shí)擁有者是當(dāng)前您的程序),進(jìn)而其他進(jìn)程或程序無(wú)法使用。這種不道德的“流氓行為”(我們不用,卻也不讓別人使用)稱為內(nèi)存泄漏。
總之,對(duì)于堆區(qū)、棧區(qū)和靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)它們之間最大的不同在于,棧的生命周期很短暫。但是堆區(qū)和靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)的生命周期相當(dāng)于與程序的生命同時(shí)存在(如果您不在程序運(yùn)行中間將堆內(nèi)存delete的話),我們將這種變量或數(shù)據(jù)成為全局變量或數(shù)據(jù)。但是,對(duì)于堆區(qū)的內(nèi)存空間使用更加靈活,因?yàn)樗试S你在不需要它的時(shí)候,隨時(shí)將它釋放掉,而靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)將一直存在于程序的整個(gè)生命周期中。
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