C 五大記憶體分割槽及區別

2021-07-01 18:25:00 字數 3759 閱讀 3353

c++五大記憶體分割槽及區別 

一、五大記憶體分割槽

在c++中,記憶體分成5個區,他們分別是堆、棧、自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區。

棧,就是那些由編譯器在需要的時候分配,在不需要的時候自動清除的變數的儲存區。裡面的變數通常是區域性變數、函式引數等。

堆,就是那些由new分配的記憶體塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程式去控制,一般乙個new就要對應乙個delete。如果程式設計師沒有釋放掉,那麼在程式結束後,作業系統會自動**。

自由儲存區,就是那些由malloc等分配的記憶體塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。

全域性/靜態儲存區,全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中,在以前的c語言中,全域性變數又分為初始化的和未初始化的,在c++裡面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊記憶體區。

常量儲存區,這是一塊比較特殊的儲存區,他們裡面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過非正當手段也可以修改,而且方法很多)

二、堆和棧的區別

堆和棧的主要的區別由以下幾點:  

1、管理方式不同;  

2、空間大小不同;  

3、能否產生碎片不同;  

4、生長方向不同;  

5、分配方式不同;  

6、分配效率不同;  

管理方式:對於棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對於堆來說,釋放工作由程式設計師控制,容易產生memory leak。

空間大小:一般來講在32位系統下,堆記憶體可以達到4g的空間,從這個角度來看堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在vc6下面,預設的棧空間大小是1m(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:          

開啟工程,依次操作選單如下:project->setting->link,在category   中選中output,然後在reserve中設定堆疊的最大值和commit。  

注意:reserve最小值為4byte;commit是保留在虛擬記憶體的頁檔案裡面,它設定的較大會使棧開闢較大的值,可能增加記憶體的開銷和啟動時間。

碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進後出的佇列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有乙個記憶體塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考資料結構,這裡我們就不再一一討論了。  

分配方式:堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。  

分配效率:棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的位址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是c/c++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法可以參考資料結構/作業系統)在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,這樣就有機會分到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。  

從這裡我們可以看到,堆和棧相比,由於大量new/delete的使用,容易造成大量的記憶體碎片;由於沒有專門的系統支援,效率很低;由於可能引發使用者態和核心態的切換,記憶體的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最廣泛的,就算是函式的呼叫也利用棧去完成,函式呼叫過程中的引數,返回位址,ebp和區域性變數都採用棧的方式存放。所以,我們推薦大家盡量用棧,而不是用堆。  

棧有如此眾多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的記憶體空間,還是用堆好一些。  

無論是堆還是棧,都要防止越界現象的發生(除非你是故意使其越界),因為越界的結果要麼是程式崩潰,要麼是摧毀程式的堆、棧結構,產生以想不到的結果,就算是在你的程式執行過程中,沒有發生上面的問題,你還是要小心,說不定什麼時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的:)

三、全域性變數和靜態全域性變數的區別

全域性變數本身就是靜態儲存方式, 靜態全域性變數當然也是靜態儲存方式。 這兩者在儲存方式上並無不同。這兩者的區別雖在於非靜態全域性變數的作用域是整個源程式,當乙個源程式由多個原始檔組成時,非靜態的全域性變數在各個原始檔中都是有效的。 而靜態全域性變數則限制了其作用域, 即只在定義該變數的原始檔內有效,在同一源程式的其它原始檔中不能使用它。由於靜態全域性變數的作用域侷限於乙個原始檔內,只能為該原始檔內的函式公用,因此可以避免在其它原始檔中引起錯誤。

從以上分析可以看出, 把區域性變數改變為靜態變數後是改變了它的儲存方式即改變了它的生存期。把全域性變數改變為靜態變數後是改變了它的作用域,限制了它的使用範圍。因此static 這個說明符在不同的地方所起的作用是不同的。應予以注意。

static

1. 靜態變數,分配在靜態儲存區,在資料段中。函式退出之後,變數值不變。

2. 作用域,全域性的靜態變數、靜態函式只能在本檔案中使用。(不同於一般全域性變數)

區域性的靜態變數同函式的區域性變數

2,結構體和聯合體的區別,

結構體是根據所有元素所佔的記憶體空間的總和來為其分配儲存空間

聯合體是根據佔記憶體空間最大的那個元素來為其分配儲存空

3.有了malloc/free為什麼還要new/delete ?

malloc與free是c++/c語言的標準庫函式,new/delete是c++的運算子。它們都可用於申請動態記憶體和釋放記憶體。

對於非內部資料型別的物件而言,光用maloc/free無法滿足動態物件的要求。物件在建立的同時要自動執行建構函式,物件在消亡之前要自動執行析構函式。由於malloc/free是庫函式而不是運算子,不在編譯器控制許可權之內,不能夠把執行建構函式和析構函式的任務強加於malloc/free。

因此c++語言需要乙個能完成動態記憶體分配和初始化工作的運算子new,以及乙個能完成清理與釋放記憶體工作的運算子delete。注意new/delete不是庫函式。

我們先看一看malloc/free和new/delete如何實現物件的動態記憶體管理,見示例7-8。

class obj

~obj(void)

void    initialize(void)

void    destroy(void)

};

void usemallocfree(void)

void usenewdelete(void)

示例7-8 

用malloc/free

和new/delete

如何實現物件的動態記憶體管理

類obj的函式initialize模擬了建構函式的功能,函式destroy模擬了析構函式的功能。函式usemallocfree中,由於malloc/free不能執行建構函式與析構函式,必須呼叫成員函式initialize和destroy來完成初始化與清除工作。函式usenewdelete則簡單得多。

所以我們不要企圖用malloc/free來完成動態物件的記憶體管理,應該用new/delete。由於內部資料型別的「物件」沒有構造與析構的過程,對它們而言malloc/free和new/delete是等價的。

既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free,為什麼c++不把malloc/free淘汰出局呢?這是因為c++程式經常要呼叫c函式,而c程式只能用malloc/free管理動態記憶體。

如果用free釋放

「new建立的動態物件

」,那麼該物件因無法執行析構函式而可能導致程式出錯。如果用delete釋放

「malloc申請的動態記憶體

」,理論上講程式不會出錯,但是該程式的可讀性很差。所以new/delete必須配對使用,malloc/free也一樣。

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