C++中堆和棧的區(qū)別-自由存儲區(qū)、全局靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 在C+中，內(nèi)存分成5個區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。棧，就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清楚的變量的存儲區(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。堆，就是那些由new分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個new就要對應(yīng)一個delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會自動回收。自由存儲區(qū)，就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，他和堆是十分相似的，不過它是用free來結(jié)束自己的生命的。全局/靜態(tài)存儲區(qū)，全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語言中，全局變

2、量又分為初始化的和未初始化的（初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量與靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域，同時未被初始化的對象存儲區(qū)可以通過void*來訪問和操縱，程序結(jié)束后由系統(tǒng)自行釋放），在C+里面沒有這個區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)。常量存儲區(qū)，這是一塊比較特殊的存儲區(qū)，他們里面存放的是常量，不允許修改（當(dāng)然，你要通過非正當(dāng)手段也可以修改，而且方法很多）明確區(qū)分堆與棧在bbs上，堆與棧的區(qū)分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學(xué)者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。首先，我們舉一個例子：void f() int* p=new int5; 這條短短的一句話就包

3、含了堆與棧，看到new，我們首先就應(yīng)該想到，我們分配了一塊堆內(nèi)存，那么指針p呢？他分配的是一塊棧內(nèi)存，所以這句話的意思就是：在棧內(nèi)存中存放了一個指向一塊堆內(nèi)存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后調(diào)用operator new分配內(nèi)存，然后返回這塊內(nèi)存的首地址，放入棧中，他在VC6下的匯編代碼如下： push 14hA call operator new ()F add esp,4 mov dword ptr ebp-8,eax mov eax,dword ptr ebp-8 mov dword ptr ebp-4,eax這里，我們?yōu)榱撕唵尾]有釋放內(nèi)存，那么該怎么去釋放呢？是del

4、ete p么？澳，錯了，應(yīng)該是delete p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數(shù)組，VC6就會根據(jù)相應(yīng)的Cookie信息去進(jìn)行釋放內(nèi)存的工作。好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區(qū)別？ 主要的區(qū)別由以下幾點：1、管理方式不同；2、空間大小不同；3、能否產(chǎn)生碎片不同；4、生長方向不同；5、分配方式不同；6、分配效率不同；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，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak?？臻g大小：一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的

5、，例如，在VC6下面，默認(rèn)的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改： 打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進(jìn)后出的隊列，他們是如此的一一對

6、應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細(xì)的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。分配效率：棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的

7、寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C+函數(shù)庫提供的，它的機制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價變得更加昂

8、貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址，EBP和局部變量都采用棧的方式存放。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，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因為越界的結(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié)果,就算是在你的程序運行過程中，沒有發(fā)生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉，那時候debug可是相當(dāng)困難的：）對了，還有一件事，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆，呵

9、呵，清楚了？static用來控制變量的存儲方式和可見性函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時會釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個問題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時，如何實現(xiàn)？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅受此 函數(shù)控制）。需要一個數(shù)據(jù)對象為整個類而非某個對象服務(wù),同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內(nèi)部，對外不可見。static的內(nèi)部機制：靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數(shù)在

10、程序運行中被調(diào)用，所以靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不能在任何函數(shù)內(nèi)分配空間和初始化。這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內(nèi)部實現(xiàn)，那里有類的成員函數(shù)定義；三是應(yīng)用程序的main（）函數(shù)前的全局?jǐn)?shù)據(jù)聲明和定義處。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數(shù)據(jù)成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規(guī)格”，并不進(jìn)行實際的內(nèi)存分配，所以在類聲 明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復(fù)定義。static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態(tài)存儲區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出

11、現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。static的優(yōu)勢：可以節(jié)省內(nèi)存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值對每個對象都是一樣，但它的 值是可以更新的。只要對靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員時，采用如下格式：<類名>:<靜態(tài)成員名>如果靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問權(quán)限允許的話(即public的成員)，可在程序中，按上述格式來引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。ps:(1)類的靜態(tài)成員函數(shù)是屬于整個類

12、而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導(dǎo)致了它僅能訪問類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)成員函數(shù)。(2)不能將靜態(tài)成員函數(shù)定義為虛函數(shù)。(3)由于靜態(tài)成員聲明于類中，操作于其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數(shù)據(jù)類型的指針 ，函數(shù)地址類型是一個“nonmember函數(shù)指針”。(4)由于靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針，所以就差不多等同于nonmember函數(shù)，結(jié)果就產(chǎn)生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數(shù)，使得我們得以將c+和c-based x window系統(tǒng)結(jié)合，同時也成功的應(yīng)用于線程函數(shù)身上。(5)static并沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態(tài)成員

13、的訪問時間，節(jié)省了子類的內(nèi)存空間。(6)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員在<定義或說明>時前面加關(guān)鍵字static。(7)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是靜態(tài)存儲的，所以必須對它進(jìn)行初始化。(8)靜態(tài)成員初始化與一般數(shù)據(jù)成員初始化不同:初始化在類體外進(jìn)行，而前面不加static，以免與一般靜態(tài)變量或?qū)ο笙嗷煜?；初始化時不加該成員的訪問權(quán)限控制符private，public等；初始化時使用作用域運算符來標(biāo)明它所屬類；所以我們得出靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化的格式：<數(shù)據(jù)類型><類名>:<靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名>=<值>(9)為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態(tài)變量，以屏蔽父

14、類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態(tài)成員為父類和子類共享，但我們有 重復(fù)定義了靜態(tài)成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標(biāo)志?！巨D(zhuǎn)】全局變量靜態(tài)變量static 聲明的變量在C語言中有兩方面的特征：1)、變量會被放在程序的全局存儲區(qū)中，這樣可以在下一次調(diào)用的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變量和堆變量的區(qū)別。2)、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用范圍內(nèi)可見。這一點是它與全局變量的區(qū)別。Tips:A.若全局變量僅在單個C文件中訪問，則可以將這個變量修改為靜態(tài)全局變量，以降低模塊間的耦合度；B.若

15、全局變量僅由單個函數(shù)訪問，則可以將這個變量改為該函數(shù)的靜態(tài)局部變量，以降低模塊間的耦合度；C.設(shè)計和使用訪問動態(tài)全局變量、靜態(tài)全局變量、靜態(tài)局部變量的函數(shù)時，需要考慮重入問題；D.如果我們需要一個可重入的函數(shù)，那么，我們一定要避免函數(shù)中使用static變量(這樣的函數(shù)被稱為：帶“內(nèi)部存儲器”功能的的函數(shù))E.函數(shù)中必須要使用static變量情況:比如當(dāng)某函數(shù)的返回值為指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作為返回值，若為auto類型，則返回為錯指針。函數(shù)前加static使得函數(shù)成為靜態(tài)函數(shù)。但此處“static”的含義不是指存儲方式，而是指對函數(shù)的作用域僅局限于本文件(所以又稱內(nèi)部函

16、數(shù))。使用內(nèi)部函數(shù)的好處是：不同的人編寫不同的函數(shù)時，不用擔(dān)心自己定義的函數(shù)，是否會與其它文件中的函數(shù)同名。擴展分析:術(shù)語static有著不尋常的歷史.起初，在C中引入關(guān)鍵字static是為了表示退出一個塊后仍然存在的局部變量。隨后，static在C中有了第二種含義：用來表示不能被其它文件訪問的全局變量和函數(shù)。為了避免引入新的關(guān)鍵字，所以仍使用static關(guān)鍵字來表示這第二種含義。最后，C+重用了這個關(guān)鍵字，并賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬于一個類而不是屬于此類的任何特定對象的變量和函數(shù)(與Java中此關(guān)鍵字的含義相同)。全局變量、靜態(tài)全局變量、靜態(tài)局部變量和局部變量的區(qū)別變量可以分為：

17、全局變量、靜態(tài)全局變量、靜態(tài)局部變量和局部變量。按存儲區(qū)域分，全局變量、靜態(tài)全局變量和靜態(tài)局部變量都存放在內(nèi)存的靜態(tài)存儲區(qū)域，局部變量存放在內(nèi)存的棧區(qū)。按作用域分，全局變量在整個工程文件內(nèi)都有效；靜態(tài)全局變量只在定義它的文件內(nèi)有效；靜態(tài)局部變量只在定義它的函數(shù)內(nèi)有效，只是程序僅分配一次內(nèi)存，函數(shù)返回后，該變量不會消失；局部變量在定義它的函數(shù)內(nèi)有效，但是函數(shù)返回后失效。全局變量(外部變量)的說明之前再冠以static 就構(gòu)成了靜態(tài)的全局變量。全局變量本身就是靜態(tài)存儲方式， 靜態(tài)全局變量當(dāng)然也是靜態(tài)存儲方式。 這兩者在存儲方式上并無不同。這兩者的區(qū)別雖在于非靜態(tài)全局變量的作用域是整個源程序， 當(dāng)一個源程序由多個源文件組成時，非靜態(tài)的全局變量在各個源文件中都是有效的。 而靜態(tài)全局變量則限制了其作用域， 即只在定義該變量的源文件內(nèi)有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于靜態(tài)全局變量的作用域局限于一個源文件內(nèi)，只能為該源文件內(nèi)的函數(shù)公用， 因此可以避免在其它源文件中引起錯誤。從以上分析可以看出， 把局部變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了它的作用域， 限制了它的使用范圍。static函數(shù)與普通函數(shù)作用域不同。僅在本文件。只在當(dāng)前源文件中使用的函數(shù)應(yīng)該說明為內(nèi)部函數(shù)(st