堆、栈及静态数据区详解

内存分为代码区.全局数据区.堆区和栈区堆一般存放动态数据，栈里一般存放局部成员关于堆栈和堆的概念［问题］C++中创建本地（或者说局域）变量是在堆栈（stack）中安排内存地址，而创建全局变量则是在堆（heap）中安排内存地址我想知道什么是堆（heap）为什么全局变量和本地变量在安排内存地址时要分别对待，堆和堆栈哪一个更有效率？［回答］在Window中执行的每一个应用程序都有其自己的内存地址一部分内存空间用于存放程序代码，一部分内存空间用于存放程序执行期间创建的变量创将变量的方法有两种，一种是在堆中，此外一种则在堆栈里理解堆的最好的方法是将它看成一个程序随时可以使用的内存块为了创建堆变量，程序要使用“new（在C++里）操作符或者malloc”（在C中）例程，它们返回指向变量的指针（堆变量总是通过指针来处理和操作X最终程序用delete（在C++里）操作符或者”free〃（在C中）例程来删除或者释放内存空间而堆栈则不同，它是某个函数被调用后随时可以创建的一小块内存，被用于在函数范围内保存变量（也称为自动变量）o在函数中，任何包含在｛｝内的代码都有其自己的堆栈当这个函数或者｛｝退出时，堆栈以及它包含的全部内容都被摧毁因此下面的代码是不运这里，我们为了简洁并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是deletep么？哦，错了应当是delete[]p这是为了告知编译器我删除的是一个数组，VC6就会依据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作好了，我们回到我们的主题堆和栈毕竟有什么区分？主要的区分由以下几点

1、管理方式不同；

2、空间大小不同；

3、能否产生碎片不同；

4、生长方向不同；

5、安排方式不同；

6、安排效率不同；管理方式对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工掌握；对于堆来说，释放工作由程序员掌握，简洁产生memoryleako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，一般都是有肯定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（似乎是记不清晰了X当然，我们可以修改打开工程，依次操作菜单如下Project-Setting-〉Link在Category中选中Output然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit留意reserve最小值为4Byte;commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开拓较大的值，可能增加内存的开销和启动时间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，由于栈是先进后出的队列，他们是如此地一一对应，以至于永久都不行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，具体的可以参考数据结构，这里我们就不再——争论了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安排方式堆都是动态安排的，没有静态安排的堆栈有2种安排方式静态安排和动态安排静态安排是编译器完成的，比如局部变量的安排动态安排由alloca函数进行安排，但是栈的动态安排和堆是不同的，他的动态安排是由编译器进行释放，无需我们手工实现安排效率栈是机器系统供应的数据结构，计算机会在底层对栈供应支持安排特地的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有特地的指令执行，这就打算了栈的效率比较高堆则是C/C++函数库供应的，它的机制是很简单的，例如为了安排一块内存，库函数会依据肯定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜寻可用的足够大小的空间，假如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，然后进行返回明显，堆的效率比栈要低得多从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，简洁造成大量的内存碎片；由于没有特地的系统支持，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采用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采纳栈的方式存放所以，我们推举大家尽量用栈，而不是用堆虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么敏捷，有时候安排大量的内存空间，还是用堆好一些无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是有意使其越界），由于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，就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要当心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的:）对了，还有一件事，假如有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，呵呵，清晰了？static用来掌握变量的存储方式和可见性函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上安排空间，函数在栈上安排的空间在此函数执行结束时会释放掉，这样就产生了一个问题假如想将函数中此变量的值保存至下一次调用时，如何实现？最简洁想到的方法是定义一个全局的变量，但定义为一个全局变量有很多缺点，最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围使得在此函数中定义的变量，不仅仅受此函数掌握X需要一个数据对象为整个类而非某介对象服务，同时又力求不破坏类的封装性，即要求此成员隐蔽在类的内部，对外不行见static的内部机制静态数据成员要在程序一开头运行时就必需存在由于函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内安排空间和初始化这样，它的空间安排有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的main函数前的全局数据声明和定义处静态数据成员要实际地安排空间，故不能在类的声明中定义只能声明数据成员X类声明只声明一个类的尺寸和规格，并不进行实际的内存安排，所以在类声明中写成定义是错误的它也不能在头文件中类声明的外部定义，由于那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义static被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态数据成员按定义消失的先后挨次依次初始化，留意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了消退时的挨次是初始化的反挨次static的优势:可以节约内存，由于它是全部对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供全部对象共用静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的只要对静态数据成员的值更新一次，保证全部对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率引用静态数据成员时，采纳如下格式类名＞＜静态成员名〉假如静态数据成员的访问权限允许的话即public的成员，可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员PS:1类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数2不能将静态成员函数定义为虚函数3由于静态成员声明于类中才桑作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特别，变量地址是指向其数据类型的指针，函数地址类型是一个nonmember函数指针4由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就产生了一个意想不到的好处成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-basedXWindow系统结合，同时也胜利的应用于线程函数身上5static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问时间，节约了子类的内存空间6静态数据成员在〈定义或说明时前面加关键字statico7静态数据成员是静态存储的，所以必需对它进行初始化8静态成员初始化与一般数据成员初始化不同初始化在类体外进行，而前面不加static以免与一般静态变量或对象相混淆;初始化时不加该成员的访问权限掌握符privatepublic等；初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；所以我们得出静态数据成员初始化的格式数据类型类名静态数据成员名=值9为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响这里有一点需要留意我们说静态成员为父类和子类共享，但我们又重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采纳了一种绝妙的手法name-mangling用以生成唯一的标志行的:voidMyfunctioninti二5;intj=6;intk=i+j;所以本文问题的答案是使用堆栈stack安排本地或者局域变量的地址空间，而用堆heap安排大块内存地址或者动态创建对象的情形例如voidMyFunctioninti=5;〃堆栈中的本地自动变量int*iArray;//堆栈中的本地自动变量iArray=newint

[10000];//这一行代码将在堆中创建10000个元素的数组，由iArray指向其地址forintk=0;k10000;k++iArray[k]=k+i;coutiArray[k]\n;deleteiArray;//从堆中删除或释放数组占用的地址空间，否则将会有内存泄漏〃函数结束留意iArray不是一个堆变量它是一个局部指针变量，指向堆中未命名的一个数组一般认为在C中分为这几个存储区

1、栈——由编译器自动安排释放

2、堆——一般由程序员安排释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收

3、全局区（静态区），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

4、此外还有一个特地放常量的地方——程序结束释放在函数体中定义的变量通常是在栈上，用malloccallocrealloc等安排内存的函数安排得到的就是在堆上在全部函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区），在全部函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用，在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效此外，函数中的adgfdf”这样的字符串存放在常量区比如代码inta=0;〃全局初始化区char*pl;〃全局未初始化区main（）char*p2;〃栈char*p3=123456;〃:L23456\0在常量区，p3在栈上°staticintc=0;〃全局静态初始化区pl=char*malloc10;p2=char*malloc20;〃安排得来得io和20字节的区域就在堆区strcpypl123456;//123456\0放在常量区，编译器可能会将它与P3所指向的“123456优化成一块还有就是函数调用时会在栈上有一系列的保留现场及传递参数的操作栈的空间大小有限定，VC的缺省是2M栈不够用的状况一般是程序中安排了大里数组和递归函数层次太深有一点必需知道，当一个函数调用完返回后它会释放该函数中全部的栈空间栈是由编译器自动管理的，不用你操劳堆是动态安排内存的，并且你可以安排使用很大的内存但是用不好会产生内存泄漏并且频繁地malloc和free会产生内存碎片有点类似磁盘碎片，由于C安排动态内存时是查找匹配的内存的而用栈则不会产生碎片在栈上存取数据比通过指针在堆上存取数据快些一般大家说的堆栈和栈是一样的，就是栈stack而说堆时才是堆heap栈是先入后出的，一般是由高地址向低地址生长转载的此外一篇堆heap和栈stack是C/C++编程不行避开会遇到的两个基本概念首先，这两个概念都可以在讲数据结构的书中找到，他们都是基本的数据结构，虽然栈更为简洁一些在具体的C/C++编程框架中，这两个概念并不是并行的对底层机器代码的争论可以揭示，栈是机器系统供应的数据结构，而堆则是C/C++函数库供应的具体地说，现代计算机串行执行机制，都直接在代码底层支持栈的数据结构这体现在，有特地的寄存器指向栈所在的地址，有特地的机器指令完成数据入栈出栈的操作这种机制的特点是效率高，支持的数据有限，一般是整数，指针，浮点数等系统直接支持的数据类型，并不直接支持其他的数据结构由于栈的这种特点，对栈的使用在程序中是特别频繁的对子程序的调用就是直接采用栈完成的机器的call指令里隐含了把返回地址推入栈，然后跳转至子程序地址的操作，而子程序中的ret指令则隐含从堆栈中弹出返回地址并跳转之的操作C/C++中的自动变量是直接采用栈的例子，这也就是为什么当函数返回时，该函数的自动变量自动失效的缘由和栈不同，堆的数据结构并不是由系统（无论是机器系统还是操作系统）支持的，而是由函数库供应的基本的malloc/realloc/free函数维护了一套内部的堆数据结构当程序使用这些函数去获得新的内存空间时，这套函数首先试图从内部堆中查找可用的内存空间，假如没有可以使用的内存空间，则试图采用系统调用来动态增加程序数据段的内存大小，新安排得到的空间首先被组织进内部堆中去，然后再以适当的形式返回给调用者当程序释放安排的内存空间时，这片内存空间被返回内部堆结构中，可能会被适当的处理（比如和其他空闲空间合并成更大的空闲空间）以更适合下一次内存安排申请这套简单的安排机制实际上相当于一个内存安排的缓冲池（Cache），使用这套机制有如下若干缘由

1、系统调用可能不支持任意大小的内存安排有些系统的系统调用只支持固定大小及其倍数的内存恳求（按页安排）；这样的话对于大量的小内存分类来说会造成铺张

2、系统调用申请内存可能是代价昂贵的系统调用可能涉及用户态和核心态的转换

3、没有管理的内存安排在大量简单内存的安排释放操作下很简洁造成内存碎片堆和栈的对比从以上学问可知，栈是系统供应的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不敏捷；而堆是函数库供应的功能特点是敏捷便利，数据适应面广泛，但是效率有肯定降低栈是系统数据结构，对于进程/线程是唯一的力隹是函数库内部数据结构，不肯定唯一不同堆安排的内存无法相互操作栈空间分静态安排和动态安排两种静态安排是编译器完成的，比如自动变量（auto）的安排动态安排由alloca函数完成栈的动态安排无需释放（是自动的）也就没有释放函数为可移植的程序起见，栈的动态安排操作是不被鼓舞的！堆空间的安排总是动态的，虽然程序结束时全部的数据空间都会被释放回系统，但是精确的申请内存/释放内存匹配是良好程序的基本要素五大内存分区在C++中，内存分成5分区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区栈:就是那些由编译器在需要的时候安排，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、函数参数等堆就是那些由new安排的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去掌握，一般一个new就要对应一个delete假如程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收自由存储区就是那些由malloc等安排的内存块，他和堆是特别相像的，不过它是用free来结束自己的生命的全局/静态存储区全局变量和静态变量被安排到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区常量存储区这是一块比较特别的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正值手段也可以修改，而且方法很多明确区分堆与栈在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我打算拿它第一个开刀首先，我们举一个例子voidf{int*p=newint

[5];}这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new我们首先就应当想到，我们安排了一块堆内存，那么指针P呢？他安排的是一块栈内存，所以这句话的意思就是在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针po在程序会先确定在堆中安排内存的大小，然后调用operatornew安排内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下00401028push14h0040102Acalloperatornew004010600040102Faddesp400401032movdwordptr[ebp-8]zeax00401035moveaxzdwordptr[ebp-8]。