c/c++内存分配

c语言提供内存动态分配的函数有：malloc、calloc、realloc，在使用这些函数时必须包含其头文件，分别为：<malloc.h>、<stdlib.h>、<alloc.h>

     1) malloc 函数： void *malloc(unsigned int size)

     在内存的动态分配区域中分配一个长度为size的连续空间，如果分配成功，则返回所分配内存空间的首地址，否则返回NULL，申请的内存不会进行初始化。

     2）calloc 函数： void *calloc(unsigned int num, unsigned int size)

     按照所给的数据个数和数据类型所占字节数，分配一个 num * size 连续的空间。

     calloc申请内存空间后，会自动初始化内存空间为 0，但是malloc不会进行初始化，其内存空间存储的是一些随机数据。

     3）realloc 函数： void *realloc(void *ptr, unsigned int size)

     动态分配一个长度为size的内存空间，并把内存空间的首地址赋值给ptr，把ptr内存空间调整为size。

     申请的内存空间不会进行初始化。

 

释放的函数为free函数： 

    free函数原型为：void free（void *ptr）

    作用：释放由上面3种函数所申请的内存空间。

    参数：ptr:指向需要释放的内存空间的首地址。

 

   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。

   申请和释放堆中分配的存储空间，分别使用new 和 delete 的两个运算符来完成：

   指针变量名 = new 类型名(初始化式)；

   delete 指针名；

   例如：

     int *pi = new int(0)

 

malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可以用于申请动态内存和释放内存。

对于非内部数据类型对象而言，光用malloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free.

 

详细说明C++内存管理

一、一个经过编译的C/C++的程序占用的内存分成以下几个部分：

1、栈区（stack）：由编译器自动分配和释放 ，存放函数的参数值、局部变量的值等，甚至函数的调用过程都是用栈来完成。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区（heap） ：一般由程序员手动申请以及释放， 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，分配方式类似于链表。

3、全局区（静态区）（static）：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空间。

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空间。

5、程序代码区：存放函数体的二进制代码。

下面的例子可以完全展示不同的变量所占的内存区域：

//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; //栈中
char s[] = "abc"; //栈中
char *p2; //栈中
char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区，p3在栈上
static int c =0； //全局（静态）初始化区
//以下分配得到的10和20字节的区域就在堆区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = new char[20];//(char *)malloc(20);
strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

二、栈（stack）和堆（heap）具体的区别。

1、在申请方式上

栈（stack）: 现在很多人都称之为堆栈，这个时候实际上还是指的栈。它由编译器自动管理，无需我们手工控制。 例如，声明函数中的一个局部变量 int b 系统自动在栈中为b开辟空间；在调用一个函数时，系统自动的给函数的形参变量在栈中开辟空间。

堆（heap）: 申请和释放由程序员控制，并指明大小。容易产生memory leak。

在C中使用malloc函数。

如：p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new运算符。

如：p2 = new char[20];//(char *)malloc(10);

但是注意p1本身在全局区，而p2本身是在栈中的，只是它们指向的空间是在堆中。

2、申请后系统的响应上

栈（stack）: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（heap）: 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或free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。

3、申请大小的限制

栈（stack）: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。 例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：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件里面，它设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。

堆（heap）: 堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域（空闲部分用链表串联起来）。正是由于系统是用链表来存储空闲内存，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

4、分配空间的效率上

栈（stack）:栈是机器系统提供的数据结构，计算机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。但程序员无法对其进行控制。

堆（heap）:是C/C++函数库提供的，由new或malloc分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片。它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果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序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。这样可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。显然，堆的效率比栈要低得多。

5、堆和栈中的存储内容

栈（stack）:在函数调用时，第一个进栈的是主函数中子函数调用后的下一条指令（子函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是子函数的各个形参。在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是子函数中的局部变量。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，也就是主函数中子函数调用完成的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆（heap）: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。

6、存取效率的比较

这个应该是显而易见的。拿栈上的数组和堆上的数组来说：

void main()
{
int arr[5]={1,2,3,4,5};
int *arr1;
arr1=new int[5];
for (int j=0;j<=4;j++)
{
arr1[j]=j+6;
}
int a=arr[1];
int b=arr1[1];
}

上面代码中，arr1（局部变量）是在栈中，但是指向的空间确在堆上，两者的存取效率，当然是arr高。因为arr[1]可以直接访问，但是访问arr1[1]，首先要访问数组的起始地址arr1，然后才能访问到arr1[1]。

总而言之，言而总之：

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：

使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（声明变量）、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。