語言變量聲明記憶體配置設定

一個由c/C++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分

1、棧區（stack）— 程式運作時由編譯器自動配置設定，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似于資料結構中的棧。程式結束時由編譯器自動釋放。

2、堆區（heap） — 在記憶體開辟另一塊存儲區域。一般由程式員配置設定釋放， 若程式員不釋放，程式結束時可能由OS回收 。注意它與資料結構中的堆是兩回事，配置設定方式倒是類似于連結清單，呵呵。

3、全局區（靜态區）（static）—編譯器編譯時即配置設定記憶體。全局變量和靜态變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜态變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜态變量在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後由系統釋放

4、文字常量區 —常量字元串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放

5、程式代碼區—存放函數體的二進制代碼。

例子程式

這是一個前輩寫的，非常詳細

//main.cpp

int a = 0; 全局初始化區

char *p1; 全局未初始化區

main()

{

int b;// 棧

char s[] = "abc"; //棧

char *p2; //棧

char *p3 = "123456"; //"123456\0"在常量區，p3在棧上。

static int c =0； //全局（靜态）初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

//配置設定得來得10和20位元組的區域就在堆區。

strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量區，編譯器可能會将它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。

} 

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C語言程式的記憶體配置設定方式

1.記憶體配置設定方式

　　記憶體配置設定方式有三種：

　　[1]從靜态存儲區域配置設定。記憶體在程式編譯的時候就已經配置設定好，這塊記憶體在程式的整個運作期間都存在。例如全局變量，static變量。

　　[2]在棧上建立。在執行函數時，函數内局部變量的存儲單元都可以在棧上建立，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧記憶體配置設定運算内置于處理器的指令集中，效率很高，但是配置設定的記憶體容量有限。

　　[3]從堆上配置設定，亦稱動态記憶體配置設定。程式在運作的時候用malloc或new申請任意多少的記憶體，程式員自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動态記憶體的生存期由程式員決定，使用非常靈活，但如果在堆上配置設定了空間，就有責任回收它，否則運作的程式會出現記憶體洩漏，頻繁地配置設定和釋放不同大小的堆空間将會産生堆内碎塊。

2.程式的記憶體空間

　　一個程式将作業系統配置設定給其運作的記憶體塊分為4個區域，如下圖所示。

　　一個由C/C++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分,

　　1、棧區（stack）—　 由編譯器自動配置設定釋放 ，存放為運作函數而配置設定的局部變量、函數參數、傳回資料、傳回位址等。其操作方式類似于資料結構中的棧。

　　2、堆區（heap） —　 一般由程式員配置設定釋放， 若程式員不釋放，程式結束時可能由OS回收 。配置設定方式類似于連結清單。

　　3、全局區（靜态區）（static）—存放全局變量、靜态資料、常量。程式結束後由系統釋放。

　　4、文字常量區 —常量字元串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放。

　　5、程式代碼區—存放函數體（類成員函數和全局函數）的二進制代碼。

　　下面給出例子程式，

　　int a = 0; //全局初始化區

　　char *p1; //全局未初始化區

　　int main() {

　　int b; //棧

　　char s[] = "abc"; //棧

　　char *p2; //棧

　　char *p3 = "123456"; //123456在常量區，p3在棧上。

　　static int c =0;//全局（靜态）初始化區

　　p1 = new char[10];

　　p2 = new char[20];

　　//配置設定得來得和位元組的區域就在堆區。

　　strcpy(p1, "123456"); //123456放在常量區，編譯器可能會将它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。

　　}

3．堆與棧的比較

　　3.1申請方式

　　stack: 由系統自動配置設定。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間。

　　heap: 需要程式員自己申請，并指明大小，在C中malloc函數，C++中是new運算符。

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

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

　　但是注意p1、p2本身是在棧中的。

　　3.2申請後系統的響應

　　棧：隻要棧的剩餘空間大于所申請空間，系統将為程式提供記憶體，否則将報異常提示棧溢出。

　　堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的連結清單，當系統收到程式的申請時，會周遊該連結清單，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然後将該結點從空閑結點連結清單中删除，并将該結點的空間配置設定給程式。

　　對于大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次配置設定的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正确的釋放本記憶體空間。

　　由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統會自動的将多餘的那部分重新放入空閑連結清單中。

　　3.3申請大小的限制

　　棧：在Windows下,棧是向低位址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就确定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，将提示overflow。因 此，能從棧獲得的空間較小。

　　堆：堆是向高位址擴充的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由于系統是用連結清單來存儲的空閑記憶體位址的，自然是不連續的，而連結清單的周遊方向是由低位址向高位址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛拟記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

　　3.4申請效率的比較

　　棧由系統自動配置設定，速度較快。但程式員是無法控制的。

　　堆是由new配置設定的記憶體，一般速度比較慢，而且容易産生記憶體碎片,不過用起來最友善。

　　另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc配置設定記憶體，他不是在堆，也不是棧，而是直接在程序的位址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不友善。但是速度快，也最靈活。

　　3.5堆和棧中的存儲内容

　　棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的位址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變量。注意靜态變量是不入棧的。

　　當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的位址，也就是主函數中的下一條指令，程式由該點繼續運作。

　　堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體内容有程式員安排。

　　3.6存取效率的比較

　　char s1[] = "a";

　　char *s2 = "b";

　　a是在運作時刻指派的；而b是在編譯時就确定的；但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字元串(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;

　　對應的彙編代碼

　　10: a = c[1];

　　00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]

　　0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl

　　11: a = p[1];

　　0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]

　　00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]

　　00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

　　第一種在讀取時直接就把字元串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，再根據edx讀取字元，顯然慢了。

3.7小結

　　堆和棧的主要差別由以下幾點：

　　1、管理方式不同；

　　2、空間大小不同；

　　3、能否産生碎片不同；

　　4、生長方向不同；

　　5、配置設定方式不同；

　　6、配置設定效率不同；

　　管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程式員控制，容易産生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。但是對于棧來講，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。當然，這個值可以修改。

　　碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續，進而造成大量的碎片，使程式效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以至于永遠都不可能有一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内容已經被彈出，詳細的可以參考資料結構。

　　生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向着記憶體位址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向着記憶體位址減小的方向增長。

　　配置設定方式：堆都是動态配置設定的，沒有靜态配置設定的堆。棧有2種配置設定方式：靜态配置設定和動态配置設定。靜态配置設定是編譯器完成的，比如局部變量的配置設定。動态配置設定由malloca函數進行配置設定，但是棧的動态配置設定和堆是不同的，他的動态配置設定是由編譯器進行釋放，無需我們手工實作。

　　配置設定效率：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：配置設定專門的寄存器存放棧的位址，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++函數庫提供的，它的機制是很複雜的，例如為了配置設定一塊記憶體，庫函數會按照一定的算法（具體的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（可能是由于記憶體碎片太多），就有可能調用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，然後進行傳回。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，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的記憶體碎片；由于沒有專門的系統支援，效率很低；由于可能引發使用者态和核心态的切換，記憶體的申請，代價變得更加昂貴。是以棧在程式中是應用最廣泛的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程中的參數，傳回位址， EBP和局部變量都采用棧的方式存放。是以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。

　　雖然棧有如此衆多的好處，但是由于和堆相比不是那麼靈活，有時候配置設定大量的記憶體空間，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，産生以想不到的結果。

4.new/delete與malloc/free比較

　　從C++角度上說，使用new配置設定堆空間可以調用類的構造函數，而malloc()函數僅僅是一個函數調用，它不會調用構造函數，它所接受的參數是一個unsigned long類型。同樣，delete在釋放堆空間之前會調用析構函數，而free函數則不會。

　　class Time{

　　public:

　　Time(int,int,int,string);

　　~Time(){

　　cout<<"call Time’s destructor by:"<<name<<endl;

　　private:

　　int hour;

　　int min;

　　int sec;

　　string name;

　　};

　　Time::Time(int h,int m,int s,string n){

　　hour=h;

　　min=m;

　　sec=s;

　　name=n;

　　cout<<"call Time’s constructor by:"<<name<<endl;

　　int main(){

　　Time *t1;

　　t1=(Time*)malloc(sizeof(Time));

　　free(t1);

　　Time *t2;

　　t2=new Time(0,0,0,"t2");

　　delete t2;

　　system("PAUSE");

　　return EXIT_SUCCESS;

　　結果：

　　call Time’s constructor by:t2

　　call Time’s destructor by:t2

　　從結果可以看出，使用new/delete可以調用對象的構造函數與析構函數，并且示例中調用的是一個非預設構造函數。但在堆上配置設定對象數組時，隻能調用預設構造函數，不能調用其他任何構造函數。