栈和堆的生长方向

我不是女神ヾ 2022-05-21 09:21 150阅读 0赞

[C++][C]作为一款C语言的升级版本，具有非常强大的功能。它不但能够支持各种程序设计风格，而且还具有C语言的所有功能。我们在这里为大家介绍的是其中一个比较重要的内容，C++内存区域的基本介绍。

C++内存区域分为5个区域。分别是堆，栈，自由存储区，全局/静态存储区和常量存储区。

栈：由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量存储区。里面通常是局部变量，函数参数等。

堆：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。

自由存储区：由malloc等分配的内存块，和堆十分相似，不过它使用free来结束自己的生命。

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。

常量存储区：这是一块比较特殊的存储区，里面存放的是常量，不允许修改。

C++内存区域中堆和栈的区别：

管理方式不同：栈是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放由程序员完成，容易产生内存泄漏。

空间大小不同：一般来讲，在32为系统下面，堆内存可达到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，一般都是有一定空间大小的，例如，在vc6下面，默认的栈大小好像是1M。当然，也可以自己修改：打开工程。 project-->setting-->link，在category中选中output，然后再reserve中设定堆栈的最大值和 commit。

能否产生碎片：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。

生长方向不同：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，它的生长方式是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

分配方式不同：堆都是动态分配的；栈有静态和动态两种分配方式。静态分配由编译器完成，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行、但栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配由编译器进行释放，无需我们手工实现。

分配效率不同：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++库函数提供的，机制很复杂。库函数会按照一定的算法进行分配。显然，堆的效率比栈要低得多。

进程内存中的映像，主要有代码区，堆（动态存储区，new/delete的动态数据），栈，静态存储区

内存区域地址从低到高的方向：代码区，静态存储区，堆，栈

堆”和“栈”是独立的概念平常说的“堆栈”实际上是两个概念：“堆”和“栈”。在英文中，堆是heap，栈是stack，不知道什么时候，什么原因，在中文里，这两个不同的概念硬是被搞在一起了，所以，围绕这个混合词所发生的误解和争执这几年就没有断过。   
  
“栈”一般是由硬件（CPU）实现的，CPU用栈来保存调用子程序（函数）时的返回地址，高级语言有时也用它作为局部变量的存储空间。   
  
“堆”是个实实在在的软件概念，使用与否完全由编程者“显示地（explicitly）”决定，如malloc。   
  
程序经过编译连接生成执行程序后，堆和栈的起始地址就已经确定了（具体说，是通过“连接程序”），在一个具有反向增长的栈的CPU上，数据空间可表示如下：   
  
低　　　　->｜－－－－－－－－－－－－－－－－－｜   
　　　　　　｜　全局量（所有已初始化量 .data，　｜   
　　　　　　｜　未初始化量 .bss ）　　　　　　　｜   
　　堆起始->｜－－－－－－－－－－－－－－－－－｜   
　　　　　　｜　　　　堆向高地址增长　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　　自由空间　　　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜   
　　　　　　｜　　　　栈向低地址增长　　　　　　｜   
高　栈起始->｜－－－－－－－－－－－－－－－－－｜   
  
在内存中，“堆”和“栈”共用全部的自由空间，只不过各自的起始地址和增长方向不同，它们之间并没有一个固定的界限，如果在运行时，“堆”和 “栈”增长到发生了相互覆盖时，称为“栈堆冲突”，系统肯定垮台。由于开销方面的原因，各种编译在实现中都没有考虑解决这个问题，只有靠设计者自己解决，比如增加内存等。   
  
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说明（128为例）硬堆栈：   
即SP，通常汇编中讲的所谓堆栈（用于PC指针等压栈），一般设置从片内RAM的顶部0X10FF开始向下生长，基本上64个足够足够了   
软件堆栈：   
C编译器自动分配的堆栈，在硬堆栈和全局变量之间的空间，也是向下生长，一般用于局部变量。比如一个子程序定义一个局部变量A\[256\]，那么此空间即在软堆栈中，假设当前软堆栈用到0X800，分派A\[256\]后，软堆栈用到0X700，A\[0\]地址为0X700，A\[1\]地址为 0X701 ……，当然如果局部变量较少，用寄存器就可以了，用不着软堆栈了。此子程序退出后软堆栈恢复到0X800。   
另：你的C程序编译后，生成的汇编文件中，R28：R29就是软堆栈指针

[C]: http://developer.51cto.com/art/200709/56340.htm