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标题: 关于堆和栈还有静态空间是怎么分配地址的 [打印本页]

作者: 段朝骞 时间: 2013-9-26 18:30
标题: 关于堆和栈还有静态空间是怎么分配地址的
本帖最后由段朝骞于 2013-9-27 11:07 编辑

堆内存和栈内存还有个静态内存，这三者在计算机内存条中是怎样划分出来的，每块区域分别划分了多大？这些空间是根据内存条固定的吗?就像CPU引脚一样有固定的作用；还是根据程序所需要的内存不同来不同的划分？

比如说内存地址从0开始到10000是属于栈内存的，从10001开始到20000是属于堆内存的，从20001到30000是属于静态的，
int i =10;就在0到10000间开辟个空间存放，object obj = new object();就在10001到20000之间存放new object();在0到10000之间存放obj，是这样的吗？

还有做好一个程序怎样计算程序运行所需要的最小内存？防止发生内存溢出。

作者: 茹化肖 时间: 2013-9-26 20:35
对于一个程序要运行，涉及到的内存分配是一个首要问题，这里简单说一下一个简单的程序运行所涉及到的内存分配方式。另外，在数据结构中存在堆和栈的概念，栈是一种先进后出的数据结构，堆则是一种排序方式，而在内存分配中也存在堆（heap）和栈（stack）的概念，与数据结构中的概念不同，这里简单说明在内存分配中的堆栈之间的不同。

一、内存分配方式

1、全局变量和静态变量（static变量），是由编译器自动分配和释放的，初始化的全局变量和静态变量放在同一块内存区中，未初始化的全局变量和静态变量则放在相邻的另外一块内存区中。

2、栈，是由编译器自动分配和释放的，主要是函数体的地址，参数和局部变量，静态变量不包含其中，操作方式类似于数据结构中的栈。

3、堆，是由程序员手动完成申请和释放的，像malloc和new，程序员没有手动释放的话，当程序结束时由系统释放没有释放的空间，其实现方式与数据结构中的堆完全不同，此时的堆的实现方式有些类似于数据结构中的链表。

4、程序代码区，用于存放程序的二进制代码的空间。

5、文字常量区，像常量字符串等存放在这里，程序结束后由系统释放。

一个经典的例子，由强大的网友提供：

//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456在常量区，p3在栈上。
static int c =0；全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

二、内存分配中堆和栈的区别

1.申请释放方式

在申请内存和释放内存方式方面，堆和栈有着很大的不同，先来谈谈栈是如何实现的吧。栈是编译器自动申请的，例如在主函数里面，要声明一个int变量a，那么编译器就自动开辟一块内存存放变量a。而堆则不相同，是由程序员手动申请的，只要程序员感觉程序此处需要用到多大的内存空间，那么就使用malloc或者new来申请固定大小的内存使用。栈的空间在程序结束的时候由系统或者编译器自动释放，而堆则在程序结束前由程序员手动使用delete释放，或者忘记手动释放，由系统在程序结束的时候自动回收。
2.申请后系统的相应

栈，只要栈剩余的空间大小比申请的空间小，系统就自动为其分配空间，否则就会报错说明栈空间溢出。

堆，首先要知道操作系统中有一个存放空闲存储块的链表，当程序员申请空间的时候，系统就会遍历整个链表，找到第一个比申请空间大的空闲块节点，系统会将该空闲块从空闲链表中删除，分配给程序，同时系统会记录这个空闲块的首地址和申请的大小，当程序员使用delete释放该空间的时候能够找到该存储区。另外，申请的空间不一定与找到的空闲块大小相同，多出来剩余的空闲区会被系统重新添加到空闲链表中。

3.申请的限制

栈，是一种向低地址扩展的数据结构，并且是连续的存储空间，所以栈顶和栈的最大容量是固定的，在windows下，栈的最大容量是2m或者是1m，是在编译的时候就已经确定的，当申请空间大于栈的剩余空间的时候，就会报错说明overflow，所以栈能够申请的空间是比较有限的。

堆，是一种向高地址扩展的数据结构，并且是不连续的，因为系统采用的是链表的方式存放空闲存储块，当然是不连续的，链表的遍历方向是由低向高的，所以堆能够申请的空间的大小其实等同于整个系统的虚拟内存，只要还有内存空间，那么堆就能够不受限制的申请空间，这种方式比较灵活，申请空间也较大。

4.申请效率的比较

栈，因为栈空间的申请是由系统自动完成的，所以速度快，但是不受程序员控制。

堆，空间的申请是由malloc或new来完成的，实现起来较慢，能够产生碎片，但是使用起来方便。

5.存放内容

栈，栈存放的内容，一般来说是函数地址和相关参数。当主函数要调用一个函数的时候，要对当前断点进行保存，需要使用栈来实现，首先入栈的是主函数下一条语句的地址，然后是调用函数的参数，一般情况下是按照从右向左的顺序入栈，之后是调用函数的局部变量，注意静态变量是存放在全局内存区，是不入栈的；出栈的顺序正好相反，最终栈顶指向主函数下一条语句的地址，主程序又从该地址开始执行。

堆，一般情况堆顶使用一个字节的空间来存放堆的大小，而堆中具体存放内容是由程序员来完成的。

参考资料：http://zhidao.baidu.com/question/6117772.html

补充：

全局变量、局部变量、全局静态变量、局部静态变量的区别。要从分配内存的位置和作用域入手来解释。

全局变量，分配的内存在静态存储区内存上面，其作用域是全局作用域，也就是整个程序的生命周期内都可以使用，同时，有些程序并不是由一个源文件构成的，可能有许多个源文件构成，全局变量只要在一个文件中定义，就可以在其他所有的文件中使用，当然，必须在其他文件使用extern关键字声明该变量。

局部变量，分配内存是分配在栈存储区上的，其作用域也只是在局部函数内，在定义该变量的函数内，只要出了该函数，该局部变量就不再起作用，该变量的生命周期也只是和该函数同在。

全局静态变量，分配的内存与全局变量一样，也是在静态存储内存上，其生命周期也是与整个程序同在的，从程序开始到结束一直起作用，但是与全局变量不同的是，全局静态变量作用域只在定义它的一个源文件内，其他源文件不能使用它。

局部静态变量，分配的内存也是在静态存储内存上的，其第一次初始化后就一直存在直到程序结束，该变量的特点是其作用域只在定义它的函数内可见，出了该函数就不可见了。

作者: 咖喱猫 时间: 2013-9-26 21:50
{:soso__10169062262133571330_1:}感谢楼主，也感谢版主；正想次问题呢！！！

作者: 段朝骞 时间: 2013-9-26 21:57
本帖最后由段朝骞于 2013-9-26 22:01 编辑

百度上查了下资料：
内存分配方式有三种：
   [1]从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
　　[2]在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
　　[3]从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
堆和栈的主要区别由以下几点：
　　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、分配方式不同；
　　6、分配效率不同；
　　管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
　　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，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，这个值可以修改。
　　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，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可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，详细的可以参考数据结构。
　　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。
　　分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由malloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
　　分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果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。显然，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，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，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利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，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灵活，有时候分配大量的内存空间，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（除非你是故意使其越界），因为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。

资料来源于C/C++内存区域的划分和分配http://blog.csdn.net/wealoong/article/details/8686353

总结：静态区域是程序在加载时直接分配好固定的，栈内存是固定的，可以手工设置栈内存大小，堆内存是动态的，最大值取决于内存条大小。
   栈内存是由上向下生长的，堆内存是由下向上生长的，当栈内存与堆内存重合时就发生内存溢出。
   栈内存的运行效率大大高于堆内存，也不会产生碎片。

作者: -___Is、_C 时间: 2013-9-27 09:24
一个字！！

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