栈区，堆区，全局区，文字常量区，程序代码区详解

た入场券 2022-08-12 09:59 228阅读 0赞

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## 前言 ##

一个由C/C++ 编译的程序占用的内存分为以下几个部分

1.  **栈区：**由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等；其操作方式类似于数据结构中的栈。 
2.  **堆区：** 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。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。 
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。程序结束后由系统释放。
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 
5.  **程序代码区**：存放函数体的二进制代码。

## 例子程序  ##

这是一个前辈写的，非常详细

//main.cpp 
    int a = 0; 全局初始化区 
    char *p1;全局未初始化区
    main() 
    { 
    int b; 栈 
    char s[] = "abc"; 栈 
    char *p2; 栈 
    char *p3 = "123456"; 123456 在常量区， p3 在栈上。
    static int c =0 ； 全局（静态）初始化区 
    p1 = (char *)malloc(10); 
    p2 = (char *)malloc(20); 
    分配得来得 10 和 20 字节的区域就在堆区。 
    strcpy(p1, "123456"); 123456 放在常量区，编译器可能会将它与 p3 所指向的 "123456" 优化成一个地方。 
    }

## 堆和栈的理论知识  ##

### 2.1 申请方式  ###

**stack:**由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b ;  系统自动在栈中为 b 开辟空间  
 **heap:** 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中 malloc 函数

如 p1 = (char *)malloc(10); 
    在 C++ 中用 new 运算符 
    如 p2 = (char *)malloc(10); 
    但是注意 p1 、 p2 本身是在栈中的。

### 2.2 申请后系统的响应  ###

**栈：**只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。  
 **堆：**首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时， 会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的 delete 语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

### 2.3 申请大小的限制  ###

**栈**：在Windows下 , 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在Windows下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示 overflow 。因此，能从栈获得的空间较小。  
 **堆**：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

### 2.4 申请效率的比较  ###

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。  
堆是由 new 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。另外，在Windows下，最好的方式是用 VirtualAlloc 分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

### 2.5 堆和栈中的存储内容  ###

**栈**：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。  
 **堆**：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

### 2.6 存取效率的比较 ###

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
    char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa 是在运行时刻赋值的；而 bbbbbbbbbbb 是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串 (例如堆) 快；比如：

#include 
    void main() 
    { 
    char a = 1; 
    char c[] = "1234567890"; 
    char *p ="1234567890"; 
    a = c[1]; 
    a = p[1]; 
    return; 
    }

对应的汇编代码

10: a = c[1]; 
    00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 
    0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 
    11: a = p[1]; 
    0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 
    00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 
    00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。

### 2.7 小结：  ###

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：  
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。  
**1 、内存分配方面：**  
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。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下：new、malloc、delete、free等等。  
 栈：由编译器 (Compiler)自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。  
**2 、申请方式方面：**  
 堆：需要程序员自己申请，并指明大小。在c中malloc函数如p1 = (char \*)malloc(10)；在C++中用new运算符，但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。  
 栈：由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量int b；系统自动在栈中为b开辟空间。  
**3 、系统响应方面：**  
 堆：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。  
 栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。  
**4 、大小限制方面：**  
 堆：是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的 ，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。  
栈：在Windows下, 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在Windows下，栈的大小是固定的（是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。  
**5 、效率方面：**  
 堆：是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便，另外，在Windows 下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。  
 栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。  
**6 、存放内容方面：**  
 堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。  
 栈：在函数调用时第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈，然后是函数中的局部变量。注意: 静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。  
**7 、存取效率方面：**  
 堆： char \*s1 = "Hellow Word" ；是在编译时就确定的；  
 栈： char s1\[\] = "Hellow Word" ； 是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

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，而且方法很多）。

## Const ##

C中Const的使用：const是一个C语言的关键字，它限定一个变量不允许被改变。使用const在一定程度上可以提高程序的健壮性，另外，在观看别人代码的时候，清晰理解const所起的作用，对理解对方的程序也有一些帮助。虽然这听起来很简单，但实际上，const的使用也是C语言中一个比较微妙的地方，微妙在何处呢？请看下面几个问题。  
**问题：const变量 和 常量**  
为什么我象下面的例子一样用一个const变量来初始化数组， ANSI C的编译器会报告一个错误呢？

const int n = 5;
    int a[n];

**答案与分析:**

1.  这个问题讨论的是“常量”与“只读变量”的区别。常量肯定是只读的，例如5，“abc”，等，肯定是只读的，因为程序中根本没有地方存放它的值，当然也就不能够去修改它。而“只读变量”则是在内存中开辟一个地方来存放它的值，只不过这个值由编译器限定不允许被修改。C语言关键字const就是用来限定一个变量不允许被改变的修饰符（Qualifier）。上述代码中变量n被修饰为只读变量，可惜再怎么修饰也不是常量。而ANSI C 规定数组定义时维度必须是“常量”，“只读变量”也是不可以的。
2.  注意：在ANSI C中，这种写法是错误的，因为数组的大小应该是个常量，而const int n,n只是一个变量（常量!= 不可变的变量，但在标准C++中，这样定义的是一个常量，这种写法是对的），实际上，根据编译过程及内存分配来看，这种用法本来就应该是合理的，只是ANSI C对数组的规定限制了它。
3.  那么，在ANSI C语言中用什么来定义常量呢？答案是enum类型和\#define宏，这两个都可以用来定义常量。

**问题：const变量 和const限定的内容**  
 下面的代码编译器会报一个错误，请问，哪一个语句是错误的呢？

typedef char * pStr;
    char string[4] = "abc";
    const char *p1 = string;
    const pStr p2 = string;
    p1++;
    p2++;

**答案与分析：**  
 问题出在p2++上。

1.  const使用的基本形式：const char m;限定m不可变。
2.  替换1式中的m, const char \*pm;限定\*pm不可变，当然pm是可变的，因此问题中p1++是对的。
3.  替换1式char, const newType m;限定m不可变，问题中的char ptr就是一种新类型，因此问题中p2不可变，p2++是错误的。

**问题：****const** **变量和字符串常量**  
 请问下面的代码有什么问题？

char *p = "i'm hungry!";
    p[0]= 'I';

**答案与分析：**  
 上面的代码可能会造成内存的非法写操作。分析如下，“i'm hungry”实质上是字符串常量，而常量往往被编译器放在只读的内存区，不可写。p初始指向这个只读的内存区，而p\[0\] = 'I'则企图去写这个地方，编译器当然不会答应。  
**问题：const变量&字符串常量**  
 请问 char a\[3\] = "abc" 合法吗？使用它有什么隐患？  
**答案与分析：**  
在标准 C 中这是合法的，但是它的生存环境非常狭小；它定义一个大小为 3 的数组，初始化为 “abc” ，注意，它没有通常的字符串终止符 '/0' ，因此这个数组只是看起来像 C 语言中的字符串，实质上却不是，因此所有对字符串进行处理的函数，比如 strcpy 、printf 等，都不能够被使用在这个假字符串上。  
**问题5：const&指针**  
 类型声明中 const 用来修饰一个常量，有如下两种写法，那么，请问，下面分别用 const 限定不可变的内容是什么?  
1) 、 const 在前面

const int nValue ； //nValue 是 const
    const char *pContent; //*pContent 是 const, pContent 可变
    const (char *) pContent;//pContent 是 const, *pContent 可变
    char* const pContent; //pContent 是 const, *pContent 可变
    const char* const pContent; //pContent 和 *pContent 都是 const

2) 、 const 在后面，与上面的声明对等

int const nValue ； // nValue 是 const
    char const * pContent;// *pContent 是 const, pContent 可变
    (char *) const pContent;//pContent 是 const, *pContent 可变
    char* const pContent;// pContent 是 const, *pContent 可变
    char const* const pContent;// pContent 和 *pContent 都是 const

**答案与分析：**  
 const 和指针一起使用是 C 语言中一个很常见的困惑之处，在实际开发中，特别是在看别人代码的时候，常常会因为这样而不好判断作者的意图，下面讲一下我的判断原则：  
沿着 \* 号划一条线穿过指针声明中的星号 （\*） 位置，如果 const 位于 \* 的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于\*的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。你可以根据这个规则来看上面声明的实际意义，相信定会一目了然。  
另外，需要注意：对于 const (char \*) ; 因为 char\* 是一个整体，相当于一个类型(如 char )，因此，这是限定指针是 const 。

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