C/C++程序的内存分布

接着说C/C++的内存,今天来讨论一下程序在内存中的分布情况,一般说内存,指的是计算机的随机存储器(RAM),程序都是在这里运行的
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0. 程序内存布局

  • 栈区(stack):由编译器自动分配释放,存储函数的参数值,局部变量值等,其操作方法类似于数据结构中的栈
  • 堆区(heap):一般由程序员申请和释放,与数据结构中的堆没有任何关系,分配方式类似于链表
  • 全局/静态区(static):全局变量和静态变量是存储在一起的,在程序编译时分配
  • 文字常量区:存储常量字符串
  • 程序代码区:存储函数体(类的成员函数、全局函数)的二进制代码

1. 栈内存

  • 程序自动向操作系统申请分配以及回收,速度快,使用方便,但是程序员无法控制,如果分配失败,抛出栈溢出错误
注意点
  • const 局部变量也存储在栈区,栈区向地址减小的方向增长
  • 系统为变量在栈上申请内存后,CPU需要不断地判断变量是否已结束使用的生命周期,如果生命周期结束,系统就会释放为这个变量申请的栈内存,这样一来随着在栈上申请的变量增多,会对CPU造成额外的消耗

2. 堆内存

  • 程序员向操作系统申请一段内存,当系统收到程序的申请时,会遍历一个记录空内存结点的链表,找到第一个空间大于或等于所申请空间的堆结点,将该空闲结点从链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,如果链表中空闲结点的空间大于申请空间的大小,系统会自动将对于的部分放入空闲链表中,故容易造成内存的碎片化,分配速度较慢,地址不连续
注意点
  • 程序员申请的内存必须由程序员负责释放,否则会导致内存泄漏,堆的增长方向与内存地址的增长方向相同,因此在堆区上申请空间理论上是没有大小限制的,但是受安装内存条的大小和系统以及其他程序的占用,不是无限大的
  • 程序员申请在堆上的内存,是由程序员自己管理的,不像栈上的变量那样,需要消耗CPU资源判断变量的生命周期,所以不会对CPU造成额外的消耗,这也是程序员申请堆上内存的优点

3. 堆和栈的比较

申请方式
  • 栈(stack):系统自动分配,如声明int a; 系统自动在栈空间为a开辟空间
  • 堆(heap):程序猿申请,并指明大小,C中malloc运算符,如char *p = (char *)malloc(sizeof(char)); C++中new运算符,如int *n = new int(10);
注意点
  • 指针p和n本身是在栈中,它们指向的地址空间是堆区的空间
申请内存大小的限制
  • 栈(stack):在Windows下,栈是向低地址方向扩展的,是一块连续的内存区域,也就是说栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在Windows下,一般栈的大小是1M(这个是可以改的,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间,将会抛出overflow
  • 堆(heap):堆是向高地址方向扩展的,是不连续的内存区域,原因是系统使用链表的方式存储堆的空闲结点的,这个链表的遍历方向是由低到高的,堆获得的空间受限于计算系统中有效的虚拟内存,比较灵活

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