C/C++ 内存布局详解(经典)(很久前不知哪儿转载的)

一个由C/C++编译的程序除了存放函数二进制代码的程序代码段(code段)外,数据占用的内存大致分为以下几个部分:

1、栈区(stack)

存放局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。系统自动分配释放 ,其操作方式类似于数据结构中的栈。

需要注意的有三点:

第一, 退栈后销毁进栈时定义数据,请看下面这段。

char* fun(char *p)

{

char test[] = "hello";

p = test;

return p;

}

//下面是某调用函数中的代码

char *a = "world";

printf("%sn",fun(a));

输出的结果是什么?hello还是world?

test[]数组是局部变量,当所属函数被调用时,系统为之在栈区分配一段内存空间,存六个字符以及一些记录信息,test对应该段内存空间首地址,当一个参数即指针p传入时,将test的值赋给p,而当函数调用结束的时候,发生退栈操作,刚才分配的内存被“销毁”,即写入“垃圾信息”。所以调用的结果是:给参数赋给了一个栈区地址,该地址指向的内存空间里是一堆垃圾信息,所以输出结果既不是hello又不是world。

第二,正是由于栈“后进先出”的特点,所以函数调用的机制是借助栈区来完成的,而当我们进行大量频繁的调用操作时,系统将随之进行大量的进栈退栈操作,从而消耗时间资源,使得程序的执行效率下降。C语言解决的方法是使用宏来代替那些短小而被频繁调用的函数,而C++则是引入了内联函数机制。除此之外,还有就是提高编程技巧,注意细节,比如这段代码,for (i=0; i如果循环过程不改变fun()的取值的话,那么强烈建议将此代码调整为

temp = fun();

for (i=0; i

{

//***************

}

由于减少了每次循环中调用函数所造成的进栈退栈开销,所以执行效率将大大提高。需要类比的一个例子是循环嵌套,同样为了降低开销,建议在允许的情况下,将循环次数多的循环放在里面。

第三,由于系统为栈分配的空间很有限,一般只有1M(可以调整设置),如果申请的栈空间太大,将会出现栈溢出的错误。一次试验时,我用的机器上能分配的最大栈空间为1036084byte,也就是0.988M。所以当在栈区定义“大数据”时,一定要敏感。

2、堆区(heap)

由程序员通过malloc()等函数分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表。

需要注意的有五点:

第一, 分配后马上进行分配成功与否的验证。

第二, 有分配必须有释放,否则将有可能造成内存泄露。遵循“谁分配谁释放”的原则。

第三, 操作上,malloc和free对应,new和delete对应。另外,前者是库函数,使用时需要加载相应头文件,后者是C++中的关键字,是运算符,不需要加特别的头文件。

第四, 运行效率没有栈高,而且大量频繁使用将造成更多的内存碎片。

第五, 虽然free()函数的参数是指针,但它释放的是内存而不是指针,所以当执行完free()操作后,还应该将指针置空,以避免野指针问题。

3、全局区(静态区)(static)

存放全局变量、静态变量。程序结束后由系统释放。

C程序根据全局变量和静态变量有没有进行显式初始化,还将它们分为两个不同的区域,即BSS和DATA。据说这种区别在C++中已经没有了,而且编码规范要求我们在定义一个变量时,一定要同时对它进行初始化(尤其是一个指针,最好将它置为空),所以我们尽量还是在允许的情况下,遵守这一规范。另外需要特别说明的是,当没有进行显式初始化时,它们的值将被初始化为0。

当函数或外部变量的前面冠以static时,它们的可见范围将限定在所在文件内,程序中其他文件无法见到它们,我们可以用这个办法来有效避免命名冲突。而当一个局部变量被static修饰时,它的可见范围并没有修改,还是限定在函数内,但它的生存期将延长为程序生存期,因为存储区域不是栈区,所以不会因为退栈而被销毁。

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。

常量,顾名思义,不可进行写操作,关于这一点的注意事项,请看下面这段错误代码;

char *p = "atbcdef";

*(p+1) = 'b';

程序运行时将报非法写入错误。

关于局部的字符串常量是存放在全局的常量区还是栈区,不同的编译器有不同的实现。可以通过汇编语言查看一下。VC环境下,局部常量就像局部变量一样存储于栈中,全局常量、字符常量存储于文字常量区。TC在常量区。

有人把常量区也归在了全局静态区,也有人把常量归在代码段,真是费解啊,我也不知道归哪,哪天有空看一下汇编代码,深究一下吧,不过从编程的角度来考虑,似乎追究这个问题意义不大。

再强调两个问题:

//栈和堆生长方向问题

int i;

int a[5];

    for (i=0; i<=5; i++)

{

a[i] = 1;

}

//内存对齐问题,

struct stru1

{

char a;

int b;

char c;

};

struct stru2

{

int d;

char e;

char f;

};

printf("%dt%dn",sizeof(stru1),sizeof(stru2));
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