靜態儲存區 堆和棧的區別

2021-05-24 21:13:56 字數 3252 閱讀 9327

一、記憶體基本構成

可程式設計內存在基本上分為這樣的幾大部分:靜態儲存區、堆區和棧區。他們的功能不同,對他們使用方式也就不同。

靜態儲存區:內存在程式編譯的時候就已經分配好,這塊內存在程式的整個執行期間都存在。它主要存放靜態資料、全域性資料和常量。

棧區:在執行函式時,函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立,函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中,效率很高,但是分配的記憶體容量有限。

堆區:亦稱動態記憶體分配。程式在執行的時候用malloc或new申請任意大小的記憶體,程式設計師自己負責在適當的時候用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期可以由我們決定,如果我們不釋放記憶體,程式將在最後才釋放掉動態記憶體。 但是,良好的程式設計習慣是:如果某動態記憶體不再使用,需要將其釋放掉,否則,我們認為發生了記憶體洩漏現象。

二、三者之間的區別

我們通過**段來看看對這樣的三部分記憶體需要怎樣的操作和不同,以及應該注意怎樣的地方。

例一:靜態儲存區與棧區

char* p = 「hello world1」;

char a = 「hello world2」;

p[2] = 『a』;

a[2] = 『a』;

char* p1 = 「hello world1;」

這個程式是有錯誤的,錯誤發生在p[2] = 『a』這行**處,為什麼呢,是變數p和變數陣列a都存在於棧區的(任何臨時變數都是處於棧區的,包括在main()函式中定義的變數)。但是,資料「hello world1」和資料「hello world2」是儲存於不同的區域的。

因為資料「hello world2」存在於陣列中,所以,此資料儲存於棧區,對它修改是沒有任何問題的。因為指標變數p僅僅能夠儲存某個儲存空間的位址,資料「hello world1」為字串常量,所以儲存在靜態儲存區。雖然通過p[2]可以訪問到靜態儲存區中的第三個資料單元,即字元『l』所在的儲存的單元。但是因為資料「hello world1」為字串常量,不可以改變,所以在程式執行時,會報告記憶體錯誤。並且,如果此時對p和p1輸出的時候會發現p和p1裡面儲存的位址是完全相同的。換句話說,在資料區只保留乙份相同的資料(見圖1-1)。

例二:棧區與堆區

char* f1()

char* p = null;

char a;

p = &a;

return p;

char* f2()

char* p = null:

p =(char*) new char[4];

return p;

這兩個函式都是將某個儲存空間的位址返回,二者有何區別呢?f1()函式雖然返回的是乙個儲存空間,但是此空間為臨時空間。也就是說,此空間只有短暫的生命週期,它的生命週期在函式f1()呼叫結束時,也就失去了它的生命價值,即:此空間被釋放掉。所以,當呼叫f1()函式時,如果程式中有下面的語句:

char* p ;

p = f1();

*p = 『a』;

此時,編譯並不會報告錯誤,但是在程式執行時,會發生異常錯誤。因為,你對不應該操作的記憶體(即,已經釋放掉的儲存空間)進行了操作。但是,相比之下,f2()函式不會有任何問題。因為,new這個命令是在堆中申請儲存空間,一旦申請成功,除非你將其delete或者程式終結,這塊記憶體將一直存在。也可以這樣理解,堆記憶體是共享單元,能夠被多個函式共同訪問。如果你需要有多個資料返回卻苦無辦法,堆記憶體將是乙個很好的選擇。但是一定要避免下面的事情發生:

void f()

char * p;

p = (char*)new char[100];

這個程式做了一件很無意義並且會帶來很大危害的事情。因為,雖然申請了堆記憶體,p儲存了堆記憶體的首位址。但是,此變數是臨時變數,當函式呼叫結束時p變數消失。也就是說,再也沒有變數儲存這塊堆記憶體的首位址,我們將永遠無法再使用那塊堆記憶體了。但是,這塊堆記憶體卻一直標識被你所使用(因為沒有到程式結束,你也沒有將其delete,所以這塊堆記憶體一直被標識擁有者是當前您的程式),進而其他程序或程式無法使用。我們將這種不道德的「流氓行為」(我們不用,卻也不讓別人使用)稱為記憶體洩漏。這是我們c++程式設計師的大忌!!請大家一定要避免這件事情的發生。

總之,對於堆區、棧區和靜態儲存區它們之間最大的不同在於,棧的生命週期很短暫。但是堆區和靜態儲存區的生命週期相當於與程式的生命同時存在(如果您不在程式執行中間將堆記憶體delete的話),我們將這種變數或資料成為全域性變數或資料。但是,對於堆區的記憶體空間使用更加靈活,因為它允許你在不需要它的時候,隨時將它釋放掉,而靜態儲存區將一直存在於程式的整個生命週期中。

【規則1】用malloc 或new 申請記憶體之後,應該立即檢查指標值是否為null。防止使用指標值為null 的記憶體。

【規則2】不要忘記為陣列和動態記憶體賦初值。防止將未被初始化的記憶體作為右值使用。

【規則3】避免陣列或指標的下標越界,特別要當心發生「多1」或者「少1」操作。

【規則4】動態記憶體的申請與釋放必須配對,防止記憶體洩漏。

【規則5】用free 或delete 釋放了記憶體之後,立即將指標設定為null,防止產生「野指標」。

堆與棧的討論:

管理方式:

堆中資源由程式設計師控制(容易產生memory leak)。

棧資源由編譯器自動管理,無需手工控制。

系統響應:

對於堆,應知道系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶,當系統收到程式申請時,遍歷該鍊錶,尋找第乙個空間大於申請空間的堆結點,刪除空閒結點鍊錶中的該結點,並將該結點空間分配給程式(大多數系統會在這塊記憶體空間首位址記錄本次分配的大小,這樣delete才能正確釋放本記憶體空間,另外系統會將多餘的部分重新放入空閒鍊錶中)。

對於棧,只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統為程式提供記憶體,否則報異常提示棧溢位。

空間大小:

堆是不連續的記憶體區域(因為系統是用鍊錶來儲存空閒記憶體位址,自然不是連續的),堆大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體(32bit系統理論上是4g),所以堆的空間比較靈活,比較大。

棧是一塊連續的記憶體區域,大小是作業系統預定好的,windows下棧大小是2m(也有是1m,在編譯時確定,vc中可設定)。

碎片問題:

對於堆,頻繁的new/delete會造成大量碎片,使程式效率降低。

對於棧,它是乙個先進後出的佇列,進出一一對應,不會產生碎片。

分配方式:

堆都是動態分配(沒有靜態分配的堆)。

棧有靜態分配和動態分配,靜態分配由編譯器完成(如區域性變數分配),動態分配由alloca函式分配,但棧的動態分配的資源由編譯器進行釋放,無需程式設計師實現。

分配效率:

堆由c/c++函式庫提供,機制很複雜。所以堆的效率比棧低很多。

棧是極其系統提供的資料結構,計算機在底層對棧提供支援,分配專門暫存器存放棧位址,棧操作有專門指令。

靜態儲存區 堆和棧的區別

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