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浅析C++中内存分配方式

  在C++中,内存分为5大存储区堆区、栈区、全局区、文字常量区、程序代码区

 

内存区域 说明
栈区(stack)    由编译器自动分配释放,存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
堆区(heap)   一般有程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能有系统回收。分配方式类似于链表。
全局区(static) 存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后有系统释放。
文字常量区   常量字符串就是放在这里;程序结束后有系统释放。
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。

实例分析:

int a=0; //全局区初始化区 char *p1;    //全局区未初始化区 static char b;      //全局区未初始化静态变量 int main() { int c; //栈区临时变量 char s[]="abc"; //栈区临时数组变量 char *p2; //栈区临时指针变量 char *p3="123";    //常量区常量,栈区指针变量 static int d=0; //全局初始化区静态变量 p1=new char[10]; //堆区分配10个字符空间 p2=new char[20]; //堆区分配20个字符空间 strcpy(p1,"123"); //"123"放在常量区,编译器有可能将它与p3所指向的区域相同

}

内存分配方式

  • 从静态存储区分配

    内存在程序编译时就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。速度快、不容易出错,因为系统会善后。例如全局变量,static常量。
  • 从栈上分配

    在执行函数时,函数内部局部变量的存储单元都在栈上创建,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,但分配的内存容量有限。
  • 从堆上分配

    也叫动态分配。程序在运行时用malloc或new申请任意大小的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期有程序员决定,使用灵活。如果在堆上分配了空间,就有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄露,另外频繁的分配和释放不同大小的堆空间将会产生对内碎块。

     

    堆和栈究区别

    主要的区别由以下几点:
       1.管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。

       2.空间大小: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。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小 的,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。
      

       3.碎片问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题, 因为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出,详细的 可以参考数据结构,这里我们就不再一一讨论了。
     

       4.生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。
    分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由 alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

        5.分配效率: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。堆则是C/C++函数库提供的,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。显然,堆的效率比栈要低得多。

    常见的内存错误及其对策:

    发生内存错误是件非常麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误,通常是在程序运行时才能捕捉到。而这些错误大多没有明显的症状,时隐时现,增加了改错的难度。常见的内存错误及其对策如下:

      * 内存分配未成功,却使用了它。

      编程新手常犯这种错误,因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是,在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数,那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc或new来申请内存,应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理。

         * 内存分配虽然成功,但是尚未初始化就引用它。

      犯这种错误主要有两个起因:一是没有初始化的观念;二是误以为内存的缺省初值全为零,导致引用初值错误(例如数组)。 内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准,尽管有些时候为零值,我们宁可信其无不可信其有。所以无论用何种方式创建数组,都别忘了赋初值,即便是赋零值也不可省略,不要嫌麻烦。

      * 内存分配成功并且已经初始化,但操作越过了内存的边界。

      例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for循环语句中,循环次数很容易搞错,导致数组操作越界。

      * 忘记了释放内存,造成内存泄露。

      含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足,你看不到错误。终有一次程序突然死掉,系统出现提示:内存耗尽。

      动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc与free的使用次数一定要相同,否则肯定有错误(new/delete同理)。

      * 释放了内存却继续使用它。

      有三种情况:

      (1)程序中的对象调用关系过于复杂,实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存,此时应该重新设计数据结构,从根本上解决对象管理的混乱局面。

      (2)函数的return语句写错了,注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”,因为该内存在函数体结束时被自动销毁。

      (3)使用free或delete释放了内存后,没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。

        【规则1】用malloc或new申请内存之后,应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。

          【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。

       【规则3】避免数组或指针的下标越界,特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。

        【规则4】动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏。

      【规则5】用free或delete释放了内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产生“野指针”。

  • posted on 2011-02-11 00:22 Geek.tan 阅读(455) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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