C++内存模型

C语言中的内存机制

在C语言中，内存主要分为如下5个存储区:
（1）栈(Stack)：位于函数内的局部变量（包括函数实参），由编译器负责分配释放，函数结束，栈变量失效。（先进后出）
（2）堆(Heap)：由程序员用malloc/calloc/realloc分配，free释放。如果程序员忘记free了，则会造成内存泄露，程序结束时该片内存会由OS回收，但程序只要不结束，就有可能造成内存泄露。注意它与数据结构中堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
（3）全局区/静态区(Global Static Area)： 全局变量和静态变量存放区，程序一经编译好，该区域便存在。在C语言中初始化的全局变量和静态变量和未初始化的放在相邻的两个区域（在C++中，由于全局变量和静态变量编译器会给这些变量自动初始化赋值，所以没有区分了），程序结束后由系统释放。
（4）C风格字符串常量存储区： 专门存放字符串常量的地方，程序结束后由系统释放。
（5）程序代码区：存放程序二进制代码的区域。

C++语言中的内存机制

在C++语言中，与C类似，不过也有所不同，内存主要分为如下5个存储区：
（1）栈(Stack)：位于函数内的局部变量（包括函数实参），由编译器负责分配释放，函数结束，栈变量失效。（先进后出）
（2）堆（Heap)：这里与C不同的是，该堆是由new申请的内存，由delete或delete[]负责释放。
（3）自由存储区(Free Storage)：由程序员用malloc/calloc/realloc分配，free释放。如果程序员忘记free了，则会造成内存泄露，程序结束时该片内存会由OS回收。
（4）全局区/静态区(Global Static Area)： 全局变量和静态变量存放区，程序一经编译好，该区域便存在。在C++中，由于全局变量和静态变量编译器会给这些变量自动初始化赋值，所以没有区分了初始化变量和未初始化变量了（c中区分了），程序结束后由系统释放。
（5）常量区： 这是一块比较特殊的存储区，专门存储不能修改的常量(一般是const修饰的变量，或是一些常量字符串)，程序结束后由系统释放。
注：c++中代码还是存在代码区的。

new/delete与malloc/free区别

1.malloc/free是C/C++的标准库函数，new/delete是C++的运算符
2.new第一步申请内存，第二步调用构造函数初始化，malloc只需要指定字节数。
delete第一步调用析构函数销毁对象，第二步释放内存，free不调用析构函数。

堆与栈区别

堆和栈究竟有什么区别(堆和栈理论知识)？
1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在栈中。

2申请后系统响应
栈：只要栈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链表，当系统收到程序申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中首地址处记录本次分配大小，这样，代码中delete语句才能正确释放本内存空间。另外，由于找到堆结点大小不一定正好等于申请大小，系统会自动将多余那部分重新放入空闲链表中。

3申请大小限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展数据结构，是一块连续内存区域。这句话意思是栈顶地址和栈最大容量是系统预先规定好，在WINDOWS下，栈大小是2M（也有说是1M，总之是一个编译时就确定常数），如果申请空间超过栈剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得空间较小。

堆：堆是向高地址扩展数据结构，是不连续内存区域。这是由于系统是用链表来存储空闲内存地址，自然是不连续，而链表遍历方向是由低地址向高地址。堆大小受限于计算机系统中有效虚拟内存。由此可见，堆获得空间比较灵活，也比较大。

4申请效率比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制。
堆是由new分配内存，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.

另外，在WINDOWS下，最好方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

5堆和栈中存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈是主函数中后下一条指令（函数调用语句下一条可执行语句）地址，然后是函数各个参数，在大多数C编译器中，参数是由右往左入栈，然后是函数中局部变量。注意静态变量是不入栈。
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地址，也就是主函数中下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆头部用一个字节存放堆大小。堆中具体内容有程序员安排。

6生长方向：
堆向上，向高地址方向增长。
栈向下，向低地址方向增长。

内存分配方式有三种：

1.从静态存储区域分配。内存在程序编译时候就已经分配好，这块内存在程序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指令集中，效率很高，但是分配内存容量有限。

3.从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行时候用malloc或new申请任意多少内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。
函数调用与堆栈

函数调用与堆栈

1)编译器一般使用栈来存放函数的参数，局部变量等来实现函数调用。有时候函数有嵌套调用，这个时候栈中会有多个函数的信息，每个函数占用一个连续的区域。一个函数占用的区域被称作帧（）。同时栈是线程独立的，每个线程都有自己的栈。例如下面简单的函数调用：

另外函数堆栈的清理方式决定了当函数调用结束时由调用函数或被调用函数来清理函数帧，在VC中对函数栈的清理方式由两种：

        参数传递顺序          谁负责清理参数占用的堆栈

__stdcall 从右到左 被调函数
__cdecl 从右到左 调用者

2) 有了上面的知识为铺垫，我们下面细看一个函数的调用时堆栈的变化：

代码如下：

int Add(int x, int y)
{
    return x + y;
}
void main()
{
    int *pi = new int(10);
    int *pj = new int(20);
    int result = 0;
    result = Add(*pi,*pj);
    delete pi;
    delete pj;
}

对上面的代码，我们分为四步，当然我们只画出了我们的代码对堆栈的影响，其他的我们假设它们不存在，哈哈!

第一，int *pi = new int(10); int *pj = new int(20); int result = 0; 堆栈变化如下：

第二，Add(*pi,*pj);堆栈如下(函数参数入栈：从右向左)：

第三，将Add的结果给result，堆栈如下：

第四，delete pi; delete pj; 堆栈如下：

第五，当main()退出后，堆栈如下，等同于main执行前，哈哈！

例子

#include
using namespace std;
int main()
{
    char p[] ="123456";
    // char s[10];     //  正常复制: 123456  -- 123456
    char s[4];     //  栈溢出(目标栈空间不够大), output: 56  -- 123456
    char *ptr = p + 3;
    strcpy(s, p);
    cout<< p << "  --  " << s << "  ---  " << ptr << endl;
    return 0;
}

// 栈 内存分配方式 (地址:高(左)->低(右); 数据写入方向:低(右)->高(左))
// '/0' '6' '5' '4'(ptr) '3' '2' '1'(p) '' '' '' ''(s)     // char p[] ="123456";//char s[4];
// '/0' '6' '5' '4'(ptr) '/0' '6' '5'(p) '4' '3' '2' '1'(s)            //strcpy(s, p);
// output : 56  --  123456  ---  456
// 解析：在这里我们可以知道p=s+4;  然后我们对s进行写入"123456"  s所在的四个字节不够用  所以"56"(包括后面的/0)均被写入了p地址 因此输出p将输出56