C 記憶體管理

2022-07-26 05:27:12 字數 1663 閱讀 6708

1. 棧(stack): 

位於函式內的區域性變數(包括函式實參),由編譯器負責分配釋放,函式結束,棧變數失效。

2. 堆(heap): 

由new申請的記憶體,由delete負責釋放。

3. 自由儲存區(free storage): 

由程式設計師用malloc()/calloc()/realloc()(c語言的庫函式,c語言沒有類的概念,沒有new運算子,new ≈ malloc()+建構函式)分配空間,由free()釋放。如果程式設計師忘記free()了,則會造成記憶體洩漏,程式結束時可能會有作業系統**,也許就一直占用著直至關機。

4. 全域性區/靜態區(global static area): 

全域性變數和靜態變數存放區,程式一經編譯好,該區域便存在。在c++中,由於編譯器會給全域性變數和靜態變數自動初始化賦值,所以沒有區分初始化和未初始化變數。由於全域性變數一直佔據記憶體空間且不易維護,推薦少用。程式結束時釋放。

5. 常量儲存區:

這是一塊比較特殊的儲存區,專門儲存不能修改的常量(如果採用非正常手段更改,當然也是可以的)。

堆與棧的區別:

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delete(),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物理不連續,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。

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 malloc 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。雖然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。

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