【C语言】内存分布详解

一、一个C/C++程序占用的内存分为以下几个部分：

• 栈区(Stack)：

  • 由编译器自动分配释放，其操作方式类似于数据结构中的栈，用于存放函数的形参、返回地址、返回数据，局部变量的值等。（函数形参、局部变量、返回地址、返回数据） 

• 堆区(Heap)：

  • 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。它与数据结构中的堆完全不同，其存储方式类似于链表（malloc、calloc、realloc、free）

• 全局（静态区）(Static)：

  • 程序结束后由系统释放，用于存放全局变量、静态变量，已初始化的全局变量和未初始化的静态变量放在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量放在相邻另一块区域。（全局变量、Static）

• 文字常量区

  • 程序结束后由系统释放，用于存放常量字符串等

• 程序代码区

  • 存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码

示例：

int a = 10;           //全局变量---全局（静态）初始化区
int i;                //全局变量---全局（静态）未初始化区

main()
{

  int b;                      //局部变量---栈
  char *p = “123”;            //局部变量---栈（123\0存在文字常量区，p在栈上）
  char arr[10] = "def";      //栈
  static int c = 1;          //静态变量---全局（静态）初始区
  p =(char*）malloc(10*sizeof(char));  //动态分配的空间在堆区
  strcpy( p, "123" ) ;      //123\0存在常量区，编译器可能将它与str指向的“123\0”优化成一个地方

}

char s1[] = "abcdef";         //s1 在静态区，“abcdef”无需额外存放，存在数组s1内部
const char *p1 ="abcd";       //p1在静态区，“abcdef”在常量区，可以通过指针p1获取到“abcd”

main()
{
  char s2[] ="abc";          //s2在栈区，“abc”在常量区，编译器一般不会把串中的字符编译成立即数，
                                一个一个装进数组s2
   
  char *p2 ="abc";           //p2在栈区，“abcdef”在常量区，可以通过指针p2获取到“abcd”

  char *p3 = (char*)malloc(3); //p3在栈区，malloc动态开辟的空间在堆区，
                                 栈区的p3存储了堆区所开辟空间的首地址

  strcpy(p3,"abc");          //字符串的赋值不能用“=”，需要用strcpy函数

  //p3="abc"; error          //p3在栈区，内部存储的是开辟空间的首地址，而非开辟的整个空间，
                               不能将字符串常量赋给它

}

 

二、申请后系统的处理方式

栈：只要栈剩余空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报错（栈溢出）

堆：操作系统有一个记录空闲地址的链表，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大小的堆结点，然后从空闲链表中删除该结点，并将其空间分配给程序。对于大多数系统，会在其空间首地址处记录该空间大小，以便于free/delete时释放正确的内存空间，另外，程序获取到的空间可能大于所申请空间，多于部分系统会重新释放至空闲链表中。

三、申请大小限制

栈：在window中，栈由高地址向低地址扩展的一块连续的内存区域，window中栈的大小是2M（不一定），如果申请空间大于栈剩余空间时将会提示stack overflow（栈溢出），因此栈能获取的空间较小。

堆：堆是由低地址向高地址扩展的一块不连续的内存区域，堆的大小受限于计算机中有效虚拟内存，且系统是用链表存储空闲内存地址，空间可不连续，因此堆的存储比较灵活，也比较大。

四、申请效率

栈：栈内存分配运算内置于处理器指令集中，效率很高，但分配的内存容量有限，程序员无法控制

堆：由动态内存开辟，一般速度比较慢，容易产生内存碎片，使用结束后需程序员自行释放内存空间