内存管理原来就这么简单

一个由C编译的程序占用的内存分为以下几个部分

1、栈区（stack）

程序运行时由编译器自动分配，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。程序结束时由编译器自动释放。

2、堆区（heap）

在内存开辟另一块存储区域。一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。

3、全局区（静态区）（static）

编译器编译时即分配内存。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。程序结束后由系统释放

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、程序代码区

存放函数体的二进制代码。

char aaa[3*2048*2048];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
 }

内存分配方式有三种：

1、从静态存储区域分配

内存在程序编译的时候就已经分配好，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。

2、在栈上创建

在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

3、从堆上分配，亦称动态内存分配

程序在运行的时候用malloc或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。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

堆与栈的比较

3.1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，C++中是new运算符。

p1 = (char *)malloc(10); p1 = new char[10];

p2 = (char *)malloc(10); p2 = new char[20];

但是注意p1、p2本身是在栈中的。

3.2申请后系统的响应

栈：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。 　　
　　
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，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。

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。

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。

3.3申请大小的限制

栈：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。 　　
　　
　　 堆：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。
　　
　　 堆的大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。

3.4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，也不是栈，而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。

3.5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。

3.6存取效率的比较

char s1[] = "a";
　    　char *s2 = "b";

a是在运行时刻赋值的；而b是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈 上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。 比如：

int　main(){
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];return 0;
}

3.7内存分配小结

堆和栈的主要区别由以下几点：

3.7.1 管理方式：

对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说， 释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。

3.7.2 空间大小：

一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看 堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如， 在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，这个值可以修改。

3.7.3 碎片问题：

对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而 造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先 进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间 弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构。

3.7.4 生长方向：

对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向； 对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

3.7.5 分配方式：

堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：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malloca 函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放， 无需我们手工实现。

3.7.6 分配效率：

栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专 门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。 堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会 按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足 够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用 系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分 到足够大小的内存，然后进 行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

3.8 总结

从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量 的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切 换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的 调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈 的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。

无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界 的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果。

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