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C++的内存地址分配和内存区域划分

admin 2020-2-27 06:09 118人围观 C++相关



内核:在一些系统中,当系统调用发生时,操作系统或者操作系统内核会编程应用程序内存的一部分。

栈:栈中包含活动记录,其中包含当前活动函数调用的返回地址和局部变量等信息

共享库:为了动态链接共享库文件而创建的一个内存片段

堆内存:被用作堆内存来使用和分配的一块内存空间。如果运行时需要一些可变大小的小内存块,那么这些内存就是从这个区域中分配的

未初始化的数据:没有初始化的全局变量被放在固定地址中。通常,这段区域都会被初始化为0

初始化的数据:任何被赋予了初始值的数据都被组织在内存中的一段连续的区域内,因此他们就能够与程序页一同被有效地载入

程序页:构成应用程序的机器代码指令就是程序页。当有硬件支持时,程序页通常是只读的,这样就可以防止程序意外的重写其自身指令区域

第0页:通常,一个以地址0为开始的内存片段会被保留下来被设置为不可读区域,他可以用来捕捉一种常见的错误,这种错误就是使用一个NULL指针访问数据。

C++内存地址分配简介


1 内存地址是从高地址到低地址进行分配的:
int i=1;
int j=1;
cout
2 函数参数列表的存放方式是,先对最右边的形参分配地址,后对最左边的形参分配地址。

3 Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节的

0x1234的存放方式入下:

0X4000 0x34

0X4001 0x12

4 Big-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从高字节到低字节的

0x1234的存放方式入下:

0x4000 0x12

0x4001 0x34

5 联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放。

6 一个变量的地址是由它所占内存空间中的最低位地址表示的。

0X4000 0x34

0X4001 0x12

0x1234 的地址位0x4000

7 堆栈的分配方式是从高内存地址向低内存地址分配的。

int ivar=0;

int iarray[2]={11, 22};

注意iarray[2]越界使用,比如对其赋值

iarray[2]=0;

那么则同时对ivar赋值为0,可能产生死循环,因为它们的地址相同,即&ivar等于&iarray[2]。

C/C++内存区划分


一 在C中分为这几个存储区

1.栈 由编译器自动分配释放;

2.堆 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;

3.全局区(静态区),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。程序结束释放;

4.另外还有一个专门放常量的地方。程序结束释放。

在函数体中定义的变量通常是在栈上,用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量,加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区(静态区),在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效,不能extern到别的文件用,在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外,函数中的”adgfdf”这样的字符串存放在常量区。比如:

int  a = 0; //全局初始化区

char *p1; //全局未初始化区

void main()

{     

int b;                   //栈     

char s[] = "abc"; //栈     

char *p2;         //栈     

char *p3 = "123456";       //123456{post.content}在常量区,p3在栈上     

static int c = 0;          //全局(静态)初始化区     

p1 = (char *)malloc(10);   //分配得来得10字节的区域在堆区     

p2 = (char *)malloc(20);   //分配得来得20字节的区域在堆区     

strcpy(p1, "123456");    

//123456{post.content}放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一块

}

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

1.栈,就是那些由编译器在需要的时候分配,在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

2.堆,就是那些由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。

3.自由存储区,就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free来结束自己的生命的。

4.全局/静态存储区,全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的C语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的,在C++里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。

5.常量存储区,这是一块比较特殊的存储区,他们里面存放的是常量,不允许修改(当然,你要通过非正当手段也可以修改)。

看一个综合示例
void f()
{
int* p=new int[5];
}
这条短短的一句话就包含了堆与栈,看到new,我们首先就应该想到,我们分配了一块堆内存,那么指针p呢?它分配的是一块栈内存,所以这句话的意思就是:在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。

堆和栈究竟有什么区别?

主要的区别由以下几点:

1、管理方式不同;

2、空间大小不同;

3、能否产生碎片不同;

4、生长方向不同;

5、分配方式不同;

6、分配效率不同;

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。

空间大小:一般来讲32位系统下,堆内存可以达到4G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,vs默认的大小是1M,可以手动修改。

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,在它弹出之前,在它上面的后进栈内容已经被弹出。

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,它的动态分配是由编译器进行释放,不需要手工实现。

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。

堆是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。

栈和堆相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用的过程中的参数,返回地址,ESP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大量用栈,而不是堆。

    虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。


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