程序所占用系统内存总结及全局变量与静态变量的区别

本文主要讲述程序所占用系统内存的分段，以及栈与堆的区别（数据结构，内存），然后分别就全局和静态的所构造的变量做一介绍，本文参考了几篇文章并列出：

原文1：http://www.cnblogs.com/lln7777/archive/2012/03/14/2396164.html

原文2：http://blog.csdn.net/zhaozhanyong/article/details/6180068

原文3：http://blog.sina.com.cn/s/blog_63278e550100lcb9.html

1、在C\C++中，程序所占内存主要分为：符号起始的区块段、数据段、代码段、堆、栈！！

（1）符号起始的区块（Block Started by Symbol，BSS）段：BSS段通常指用来存放程序中未初始化的全局数据和静态数据的一块内存区域。BSS段属于静态内存分配，程序结束后静态变量资源由系统自动释放。

（2）数据段：数据段通常指用来存放程序中已初始化的全局边的一块内存区域。数据段也属于静态内存分配。

（3）代码段：也叫文本段，通常指用来存放程序执行代码（包括类成员函数和全局函数以及其它函数代码）的一块内存区域，这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常是只读，某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段可能也包含一些只读的常数变量。

（4）堆：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc或new僧函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上，当利用free或delete等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被删除。对一般由程序员分配释放，程序结束时可由操作系统回收。

（5）栈：栈：栈是用户存放程序临时创建的局部变量（但不包括stastic声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。此外，函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且等调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。栈由编译器自动分配释放，操作方式类似于数据结构中的栈。

 

下面就栈和堆分别就在内存中和数据结构中，做一分别介绍：

数据结构的栈和堆

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首先在数据结构上要知道堆栈，尽管我们这么称呼它，但实际上堆栈是两种数据结构：堆和栈。

堆和栈都是一种数据项按序排列的数据结构。

栈就像装数据的桶或箱子

我们先从大家比较熟悉的栈说起吧，它是一种具有后进先出性质的数据结构，也就是说后存放的先取，先存放的后取。

这就如同我们要取出放在箱子里面底下的东西（放入的比较早的物体），我们首先要移开压在它上面的物体（放入的比较晚的物体）。

堆像一棵倒过来的树

·        而堆就不同了，堆是一种经过排序的树形数据结构，每个结点都有一个值。

·        通常我们所说的堆的数据结构，是指二叉堆。

·        堆的特点是根结点的值最小（或最大（大顶堆）小顶堆，结点的两个子树也是一个堆。

由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意，这就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书。

 

内存分配中的栈和堆

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然而我要说的重点并不在这，我要说的堆和栈并不是数据结构的堆和栈，之所以要说数据结构的堆和栈是为了和后面我要说的堆区和栈区区别开来，请大家一定要注意。

下面就说说C语言程序内存分配中的堆和栈，这里有必要把内存分配也提一下，大家不要嫌我啰嗦，一般情况下程序存放在Rom（只读内存，比如硬盘）或Flash中，运行时需要拷到RAM（随机存储器RAM）中执行，RAM会分别存储不同的信息，如下图所示：

 

 

内存中的栈区处于相对较高的地址以地址的增长方向为上的话，栈地址是向下增长的。

栈中分配局部变量空间，堆区是向上增长的用于分配程序员申请的内存空间。另外还有静态区是分配静态变量，全局变量空间的；只读区是分配常量和程序代码空间的；以及其他一些分区。

来看一个网上很流行的经典例子：

main.cpp 

 1 int a =0; //全局初始化区
 2 char *p1;//全局未初始化区 
 3 main() 
 4 { 
 5     int b; //栈 
 6     char s[] ="abc";//栈 
 7     char *p2;//栈 
 8     char *p3 ="123456";//123456\0在常量区，p3在栈上。
 9     static int c =0； //全局（静态）初始化区
10     p1= (char *)malloc(10);//堆 
11     p2= (char *)malloc(20); //堆 
12 }

0.申请方式和回收方式不同

不知道你是否有点明白了。

堆和栈的第一个区别就是申请方式不同：栈（英文名称是stack）是系统自动分配空间的，例如我们定义一个 char a；系统会自动在栈上为其开辟空间。而堆（英文名称是heap）则是程序员根据需要自己申请的空间，例如malloc（10）；开辟十个字节的空间。

由于栈上的空间是自动分配自动回收的，所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中，运行后就释放掉，不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间，就一直可以访问到，不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。还有其他的一些区别我认为网上的朋友总结的不错这里转述一下：

1.申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的 delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 

也就是说堆会在申请后还要做一些后续的工作这就会引出申请效率的问题。

 

2.申请效率的比较

根据第0点和第1点可知。

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆：是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。

 

3.申请大小的限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，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时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。 

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

 

4.堆和栈中的存储内容

由于栈的大小有限，所以用子函数还是有物理意义的，而不仅仅是逻辑意义。

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。 

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

 

关于堆和栈区别的比喻

堆和栈的区别可以引用一位前辈的比喻来看出： 

使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。 

使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，说的很通俗易懂，不知道你是否有点收获。

 

下面主要介绍：全局变量和静态变量

Static声明的变量在在C语言中两个特征：1、变量被放在程序的全局存储区中国，这样下一次的调用还可以保持原值（与堆栈变量的区别）；2、变量告知编译器，自己仅在变量的作用范围内可见（与全局变量的差别）。

起初，在C语言中引入关键字static是为了表示退出一个块后仍然存在的局部变量。随后，static在C中有了第二种含义：用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。最后，C++重用了这个关键字，并赋予它与前面不同的第三种含义：表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数(与Java中此关键字的含义相同)。

全局变量、静态全局变量、静态局部变量和局部变量的区别

变量可以分为：全局变量、静态全局变量、静态局部变量和局部变量。

按存储区域分，全局变量、静态全局变量和静态局部变量都存放在内存的静态存储区域，局部变量存放在内存的栈区。

按作用域分，全局变量在整个工程文件内都有效；静态全局变量只在定义它的文件内有效；静态局部变量（分配在全局区）只在定义它的函数内有效，并且程序仅分配一次内存，函数返回后，该变量不会消失；局部变量在定义它的函数内有效，但是函数返回后失效。

全局变量(外部变量)的说明之前再冠以static 就构成了静态的全局变量。全局变量本身就是静态存储方式， 静态全局变量当然也是静态存储方式。 这两者在存储方式上并无不同。这两者的区别在于非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。 而静态全局变量则限制了其作用域， 即只在定义该变量的源文件内有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用， 因此可以避免在其它源文件中引起错误。

从以上分析可以看出，把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。

static函数与普通函数作用域不同，只在定义该变量的源文件内有效。只在当前源文件中使用的函数应该说明为内部函数(static)，内部函数应该在当前源文件中说明和定义。对于可在当前源文件以外使用的函数，应该在一个头文件中说明，要使用这些函数的源文件要包含这个头文件。

static全局变量与普通的全局变量有什么区别：static全局变量只初使化一次，防止在其他文件单元中被引用;

static局部变量和普通局部变量有什么区别：static局部变量只被初始化一次，下一次依据上一次结果值；

static函数与普通函数有什么区别：static函数与普通函数作用域不同，只在定义该变量的源文件内有效；

全局变量和静态变量如果没有手工初始化，则由编译器初始化为0。局部变量的值不可知。