C中内存分配的方式

在C 中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

　　一．简介：

1．栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在无需的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

　　2．堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程式去控制，一般一个new就要对应一个delete。假如程式员没有释放掉，那么在程式结束后，操作系统会自动回收。

　　3．自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，但是他是用free来结束自己的生命的。

　　4．全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C 里面没有这个区分了，他们一起占用同一块内存区。

　　5．常量存储区，这是一块比较特别的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，您要通过非正当手段也能够修改，而且方法很多，在《const的思考》一文中，我给出了6种方法）

　　二．明确区分堆和栈

　　在bbs上，堆和栈的区分问题，似乎是个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。

　　首先，我们举一个例子： .

void f() { int* p=new int[5]; }

　　这条短短的一句话就包含了堆和栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：

00401028 push 14h

0040102A call operator new (00401060)

0040102F add esp,4

00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax

00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]

00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

　　这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？噢，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。

　　好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？

　　主要的区别由以下几点：

　　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，释放工作由程式员控制，容易产生memory leak。

　　空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存能够达到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（似乎是，记不清楚了）。当然，我们能够修改：

　　打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。

　　注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文档里面，他配置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

　　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，使程式效率降低。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被弹出，周详的能够参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

　　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，他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alloca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，电脑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，他的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法能够参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，假如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式数据段的内存空间，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。

从这里我们能够看到，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转换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程式中是应用最广泛的，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（除非您是故意使其越界），因为越界的结果要么是程式崩溃，要么是摧毁程式的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在您的程式运行过程中，没有发生上面的问题，您还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）