C語言記憶體配置設定

一、一個經過編譯的 C/ C++ 的程式占用的記憶體分成以下幾個部分：

1 、棧區（ stack ）：由編譯器自動配置設定和釋放 ，存放函數的參數值、局部變量的值等，甚至函數的調用過程都是用棧來完成。其操作方式類似于資料結構中的棧。

2 、堆區（ heap ） ：一般由程式員手動申請以及釋放， 若程式員不釋放，程式結束時可能由 OS 回收 。 注意它與資料結構中的堆是兩回事，配置設定方式類似于連結清單。

3 、全局區（靜态區）（ static ）：全局變量和靜态變量的 存儲 是放在一塊的，初始化的全局變量和靜态變 量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜态變量在相鄰的另一塊區域。程式結束後由系統釋放空間。

4 、文字常量區：常量字元串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放空間。

5 、程式代碼區：存放函數體的二進制代碼。

下面的例子可以完全展示不同的變量所占的記憶體區域：

//main.cpp

int a = 0; 全局初始化區

char *p1; 全局未初始化區

main()

{

int b; // 棧中

char s[] = "abc"; // 棧中

char *p2; // 棧中

char *p3 = "123456"; //123456\0 在常量區， p3 在棧上

static int c =0 ； // 全局（靜态）初始化區

// 以下配置設定得到的 10 和 20 位元組的區域就在堆區

p1 = (char *)malloc(10);

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

strcpy(p1, "123456"); //123456\0 放在常量區，編譯器可能會将它與 p3 所指向的 "123456" 優化成一個地方。

｝

二、棧（ stack ）和堆（ heap ）具體的差別

1 、在申請方式上

棧（ stack ） : 它由編譯器自動管理，無需我們手工控制。 例如，聲明函數中的一個局部變量 int b 系統自動在棧中為 b 開辟空間；在調用一個函數時，系統自動的給函數的形參變量在棧中開辟空間。

堆（ heap ） : 申請和釋放由程式員控制，并指明大小。容易産生 memory leak 。

在 C 中使用 malloc 函數。

如： p1 = (char *)malloc(10);

在 C++ 中用 new 運算符。

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

但是注意 p1 本身在棧區，而 p2 本身是在棧中的，隻是它們指向的空間是在堆中。

2 、申請後系統的響應上

棧（ stack ） : 隻要棧的剩餘空間大于所申請空間，系統将為程式提供記憶體，否則将報異常提示棧溢出。

堆（ heap ） : 首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的連結清單，當系統收到程式的申請時， 會周遊該連結清單，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然後将該結點從空閑結點連結清單中删除，并将該結點的空間配置設定給程式。另外，對于大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次配置設定的大小，這樣，代碼中的 delete或 free 語句才能正确的釋放本記憶體空間。另外，由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統會 自動的将多餘的那部分重新放入空閑連結清單中。

3 、申請大小的限制

棧（ stack ） : 在 Windows 下 , 棧是向低位址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS 下，棧的大小是 2M （也有的說是 1M ，總之是一個編譯時就确定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，将提示 overflow 。是以，能從棧獲得的空間較小。 例如，在 VC6 下面，預設的棧空間大小是 1M （好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改：打開工程，依次操作菜單如下： Project->Setting->Link ，在 Category 中選中 Output ，然後在 Reserve 中設定堆棧的最大值和 commit 。注意： reserve 最小值為 4Byte；commit 是保留在虛拟記憶體的頁檔案裡面，它設定的較大會使棧開辟較大 的值，可能增加記憶體的開銷和啟動時間。

堆（ heap ） : 堆是向高位址擴充的資料結構，是不連續的記憶體區域（空閑部分用連結清單串聯起來）。正是由 于系統是用連結清單來 存儲 空閑記憶體，自然是不連續的，而連結清單的周遊方向是由低位址向高位址。一般來講在 32 位系統下，堆記憶體可以達到 4G 的空間，從這個角度來看堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4 、配置設定空間的效率上

棧（ stack ） : 棧是機器系統提供的資料結構，計算機會在底層對棧提供支援：配置設定專門的寄存器存放棧的位址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。但程式員無法對其進行控制。

堆（ heap ） : 是 C/C++ 函數庫提供的，由 new 或 malloc 配置設定的記憶體，一般速度比較慢，而且容易産生記憶體碎片。它的機制是很複雜的，例如為了配置設定一塊記憶體，庫函數會按照一定的算法（具體的算法可以參考資料結 構/ 作業系統）在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于記憶體碎片太多）， 就有可能調用系統功能去增加程式資料段的記憶體空間，這樣就有機會分到足夠大小的記憶體，然後進行傳回。這樣 可能引發使用者态和核心态的切換，記憶體的申請，代價變得更加昂貴。顯然，堆的效率比棧要低得多。

5 、堆和棧中的存儲内容

棧（ stack ） : 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中子函數調用後的下一條指令（子函數調用語句的下一條可執行語句）的位址，然後是子函數的各個形參。在大多數的 C 編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是 子函數中的局部變量。注意：靜态變量是不入棧的。 當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的位址，也就是主函數中子函數調用完成的下一條指令，程式由該點繼續運作。

堆（ heap ） : 一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小，堆中的具體内容有程式員安排。

6 、存取效率的比較

這個應該是顯而易見的。拿棧上的數組和堆上的數組來說：

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];

}

上面代碼中， arr1 （局部變量）是在棧中，但是指向的空間确在堆上，兩者的存取效率，當然是 arr 高。因為 arr[1] 可以直接通路，但是通路 arr1[1] ，首先要通路數組的起始位址 arr1 ，然後才能通路到 arr1[1] 。

總而言之：

在 C/ C++ 程式中，有關記憶體使用的問題是最難發現和解決的。這些問題可能導緻程式莫名其妙地停 止、崩潰，或者不斷消耗記憶體直至資源耗盡。由于 C/C++ 語言本身的特質和曆史原因，程式員使用記憶體需要注意的事 項較多，而且語言本身也不提供類似 Java 的垃圾清理機制。程式設計人員使用一定的工具來查找和調試記憶體相關問 題是十分必要的。

總的說來，與記憶體有關的問題可以分成兩類：記憶體通路錯誤和記憶體使用錯誤。記憶體通路錯誤包括錯誤地讀 取記憶體和錯誤地寫記憶體。錯誤地讀取記憶體可能讓你的子產品傳回意想不到的結果，進而導緻後續的子產品運作異常。 錯誤地寫記憶體可能導緻系統崩潰。記憶體使用方面的錯誤主要是指申請的記憶體沒有正确釋放，進而使程式運作逐漸 減慢，直至停止。這方面的錯誤由于表現比較慢很難被人工察覺。程式也許運作了很久才會耗淨資源，發生問題。

堆和棧的差別可以用如下的比喻來看出：

使用棧就象我們去飯館裡吃飯，隻管點菜（聲明變量）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切 菜 、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

char s1[] = "hello";

char s2[] = "hello";

cout<<(s1==s2)<<endl; // 這裡是 0 ，因為 s1 ， s2 是數組形式的字元，系統會自動在棧區為其配置設定空間，是以 s1 ， s2 是指向不同的區域的

char *s1 = "hello";

char *s2 = "hello";

cout<<(s1==s2)<<endl; // 這裡是 1 ，因為 s1 ， s2 是指針的形式的字元指針，系統為其配置設定的空間是在棧區 的 ，但是 "hello" 是存放在常量區域的，是以 s1 ， s2 是指向同一區域的，故比較時，是相等的。