C++ 内存管理之二（内存分配）

1、C++编译的程序占用的内存分类

（1）栈区（stack）：程序运行时由编译器自动分配，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。程序结束时由编译器自动释放。
（2）堆区（heap） ：在内存开辟另一块存储区域。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。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
（3）全局静态区（static）：编译器编译时即分配内存。全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量　　　　　　 和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
（4）文字常量区 ：常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放。
（5）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。

2、内存分配方式有三种
（1）从静态存储区域分配：内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的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，函数内局部变量的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的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
（3）从堆上分配：亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。

3、C++变量内存分布

通过程序加以说明

（1）变量分布

View Code

#include <stdio.h>   
#include <malloc.h>   
int g_i = 100;    
int g_j;  
int main()  
{  
    const int MAXN = 100;  
    int *p = (int*)malloc(MAXN * sizeof(int));  
    static int s_i = 5;   
    static int s_j;   
    int i = 5;   
    int j;  
    char k='a';
    char *pstr1 = "MoreWindows123456789";  
    char *pstr2 = "MoreWindows123456789";  
    char *pstr3 = "Hello";  
         
    printf("堆中数据地址：0x%08x\n", p);  
      
    putchar('\n');  
    printf("栈中数据地址(有初值)：0x%08x = %d\n", &i, i);  
    printf("栈中数据地址(无初值)：0x%08x = %d\n", &j, j);  
    printf("栈中数据地址(有初值)：0x%08x = %c\n", &k, k);  
      
    putchar('\n');  
    printf("静态数据地址(有初值)：0x%08x = %d\n", &s_i, s_i);  
    printf("静态数据地址(无初值)：0x%08x = %d\n", &s_j, s_j);    
      
    putchar('\n');  
    printf("全局数据地址(有初值)：0x%08x = %d\n", &g_i, g_i);  
    printf("全局数据地址(无初值)：0x%08x = %d\n", &g_j, g_j);   
      
    putchar('\n');  
    printf("字符串常量数据地址：0x%08x 指向 0x%08x 内容为-%s\n", &pstr1, pstr1, pstr1);  
    printf("字符串常量数据地址：0x%08x 指向 0x%08x 内容为-%s\n", &pstr2, pstr2, pstr2);  
    printf("字符串常量数据地址：0x%08x 指向 0x%08x 内容为-%s\n", &pstr3, pstr3, pstr3); 
    printf("const常量数据地址 ：0x%08x=%d\n",&MAXN,MAXN);
    free(p);  
    return 0;  
}  

运行结果：

View Code

堆中数据地址：0x003820d0

栈中数据地址(有初值)：0x0012ff74 = 5
栈中数据地址(无初值)：0x0012ff70 = -858993460
栈中数据地址(有初值)：0x0012ff6c = a

静态数据地址(有初值)：0x00424a34 = 5
静态数据地址(无初值)：0x00427c48 = 

全局数据地址(有初值)：0x00424a30 = 100
全局数据地址(无初值)：0x00427c44 = 0

字符串常量数据地址：0x0012ff68 指向 0x004221d8 内容为-MoreWindows123456789
字符串常量数据地址：0x0012ff64 指向 0x004221d8 内容为-MoreWindows123456789
字符串常量数据地址：0x0012ff60 指向 0x004221d0 内容为-Hello
const常量数据地址 ：0x0012ff7c=100
Press any key to continue

 

分析结果（debug）：

（1）变量在内存地址的分布为：栈-堆-代码区-全局静态-文字常量区

（2）同一区域的各变量按声明的顺序在内存的中依次由低到高分配空间，但栈中是由高到低的。

（3）全局变量和静态变量如果不赋值，默认为0。 栈中的变量如果不赋值，则是一个随机的数据。

（4）编译器会认为全局变量和静态变量是等同的，已初始化的全局变量和静态变量分配在一起，未初始化的全局变量和静态变量分配在另一起。

（2）函数分布

View Code

#include <stdio.h>   
void fun(int i)  
{  
    int j = i;  
    static int s_i = 100;  
    static int s_j;  
  
    printf("子函数的参数:        0x%p = %d\n", &i, i);  
    printf("子函数 栈中数据地址: 0x%p = %d\n", &j, j);  
    printf("子函数 静态数据地址(有初值): 0x%p = %d\n", &s_i, s_i);  
    printf("子函数 静态数据地址(无初值): 0x%p = %d\n", &s_j, s_j);  
}  
int main()  
{  
    int i = 5;  
    static int s_i = 100;  
    static int s_j;  
  
    printf("主函数 栈中数据地址: 0x%p = %d\n", &i, i);  
    printf("主函数 静态数据地址(有初值): 0x%p = %d\n", &s_i, s_i);  
    printf("子函数 静态数据地址(无初值): 0x%p = %d\n", &s_j, s_j);  
    putchar('\n');  
  
    fun(i);  
    return 0;  
}  

运行结果

View Code

主函数 栈中数据地址: 0x0012FF7C = 5
主函数 静态数据地址(有初值): 0x00424A34 = 100
子函数 静态数据地址(无初值): 0x00427C48 = 0

子函数的参数:        0x0012FF28 = 5
子函数 栈中数据地址: 0x0012FF1C = 5
子函数 静态数据地址(有初值): 0x00424A30 = 100
子函数 静态数据地址(无初值): 0x00427C44 = 0
Press any key to continue

结果分析：

主函数中栈的地址都要高于子函数中参数及栈地址，证明了栈的伸展方向是由高地址向低地址扩展的。主函数和子函数中静态数据的地址也是相邻的，说明程序会将已初始化的全局变量和表态变量分配在一起，未初始化的全局变量和表态变量分配在另一起。