C/C++堆栈简介

亦凉 2022-09-25 03:25 263阅读 0赞

## 简介 ##

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：

> **1、栈区（stack）：**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除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
> 
> **2、堆区（heap）：**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、全局区（静态区）（static）：**全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，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。 - 程序结束后有系统释放
> 
> **4、文字常量区 ：**常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
> 
> **5、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。

**关于上面的说法，网上有两个版本（其中有说程序代码区的），这里就求同存异了。**  
一些例子如下：

int a = 0;//全局初始化区
    char *p1;//全局未初始化区
    int main()
    {
        int b;//栈
        char s[] = "abc";//栈
        char *p2;//栈
        char *p3 = "123456";//123456\0在常量区，p3在栈上。
        static int c =0;//全局（静态）初始化区
        p1 = (char *)malloc(10);
        p2 = (char *)malloc(20);//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
        strcpy(p1,"123456");//123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方
    }

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## 堆和栈区别 ##

堆（heap）和栈（stack），我们已经大概清楚他们的概念，这里有比较具体地去分析，写得很好，分享之。

### 2.1申请方式 ###

**`stack:`**由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间  
**`heap:`**需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数  
如p1 = (char \*)malloc(10);  
在C++中用new运算符  
如p2 = (char \*)malloc(10);  
但是注意p1、p2本身是在栈中的，**他们是栈中的指针对象，存放的地址所指向的对象是堆中的，这里需要好好理解。**

### 2.2申请后系统的响应 ###

**`stack:`**只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。  
**`heap:`**首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表（在STL源码剖析中的空间分配器原理中可以大概知道这里内存池的原理，参见：**《STL源码剖析》第二章和**[**STL笔记之空间适配器**][STL]），当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结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于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。

### 2.3申请大小的限制 ###

`stack:`在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。  
`heap:`堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

### 2.4申请效率的比较 ###

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便，但是速度快，也最灵活。

### 2.5堆和栈中的存储内容 ###

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意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，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

## 参考 ##

STL源码剖析  
[http://blog.csdn.net/xluren/article/details/8150723][http_blog.csdn.net_xluren_article_details_8150723]

[STL]: http://blog.csdn.net/zhangxiao93/article/details/50839424
[http_blog.csdn.net_xluren_article_details_8150723]: http://blog.csdn.net/xluren/article/details/8150723