靜態儲存區、堆、棧之間的區別

阿新 • • 發佈：2019-01-21

一、記憶體基本構成

可程式設計記憶體在基本上分為這樣的幾大部分：靜態儲存區、堆區和棧區。他們的功能不同，對他們使用方式也就不同。

靜態儲存區：記憶體在程式編譯的時候就已經分配好，這塊記憶體在程式的整個執行期間都存在。它主要存放靜態資料、全域性資料和常量。

棧區：在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。

堆區：亦稱動態記憶體分配。程式在執行的時候用malloc或new申請任意大小的記憶體，程式設計師自己負責在適當的時候用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期可以由我們決定，如果我們不釋放記憶體，程式將在最後才釋放掉動態記憶體。但是，良好的程式設計習慣是：如果某動態記憶體不再使用，需要將其釋放掉，否則，我們認為發生了記憶體洩漏現象。

二、三者之間的區別

我們通過程式碼段來看看對這樣的三部分記憶體需要怎樣的操作和不同，以及應該注意怎樣的地方。

例一：靜態儲存區與棧區

char* p = “Hello World1”;

char a[] = “Hello World2”;

p[2] = ‘A’;

a[2] = ‘A’;

char* p1 = “Hello World1;”

C++ 靜態儲存區棧堆的區別[網摘] - chen_hans - Seа

這個程式是有錯誤的，錯誤發生在p[2] = ‘A’這行程式碼處，為什麼呢，是變數p和變數陣列a都存在於棧區的（任何臨時變數都是處於棧區的，包括在main（）函式中定義的變數）。但是，資料“Hello World1”和資料“Hello World2”是儲存於不同的區域的。

因為資料“Hello World2”存在於陣列中，所以，此資料儲存於棧區，對它修改是沒有任何問題的。因為指標變數p僅僅能夠儲存某個儲存空間的地址，資料“Hello World1”為字串常量，所以儲存在靜態儲存區。雖然通過p[2]可以訪問到靜態儲存區中的第三個資料單元，即字元‘l’所在的儲存的單元。但是因為資料“Hello World1”為字串常量，不可以改變，所以在程式執行時，會報告記憶體錯誤。並且，如果此時對p和p1輸出的時候會發現p和p1裡面儲存的地址是完全相同的。換句話說，在資料區只保留一份相同的資料（見圖1－1）。

例二：棧區與堆區

char* f1()

{

char* p = NULL;

char a;

p = &a;

return p;

}

char* f2()

{

char* p = NULL:

p =(char*) new char[4];

return p;

}

這兩個函式都是將某個儲存空間的地址返回，二者有何區別呢？f1()函式雖然返回的是一個儲存空間，但是此空間為臨時空間。也就是說，此空間只有短暫的生命週期，它的生命週期在函式f1()呼叫結束時，也就失去了它的生命價值，即：此空間被釋放掉。所以，當呼叫f1()函式時，如果程式中有下面的語句：

char* p ;

p = f1();

*p = ‘a’;

此時，編譯並不會報告錯誤，但是在程式執行時，會發生異常錯誤。因為，你對不應該操作的記憶體（即，已經釋放掉的儲存空間）進行了操作。但是，相比之下，f2()函式不會有任何問題。因為，new這個命令是在堆中申請儲存空間，一旦申請成功，除非你將其delete或者程式終結，這塊記憶體將一直存在。也可以這樣理解，堆記憶體是共享單元，能夠被多個函式共同訪問。如果你需要有多個數據返回卻苦無辦法，堆記憶體將是一個很好的選擇。但是一定要避免下面的事情發生：

void f()

{

…

char * p;

p = (char*)new char[100];

…

}

這個程式做了一件很無意義並且會帶來很大危害的事情。因為，雖然申請了堆記憶體，p儲存了堆記憶體的首地址。但是，此變數是臨時變數，當函式呼叫結束時p變數消失。也就是說，再也沒有變數儲存這塊堆記憶體的首地址，我們將永遠無法再使用那塊堆記憶體了。但是，這塊堆記憶體卻一直標識被你所使用（因為沒有到程式結束，你也沒有將其delete，所以這塊堆記憶體一直被標識擁有者是當前您的程式），進而其他程序或程式無法使用。我們將這種不道德的“流氓行為”（我們不用，卻也不讓別人使用）稱為記憶體洩漏。這是我們C++程式設計師的大忌！！請大家一定要避免這件事情的發生。

總之，對於堆區、棧區和靜態儲存區它們之間最大的不同在於，棧的生命週期很短暫。但是堆區和靜態儲存區的生命週期相當於與程式的生命同時存在（如果您不在程式執行中間將堆記憶體delete的話），我們將這種變數或資料成為全域性變數或資料。但是，對於堆區的記憶體空間使用更加靈活，因為它允許你在不需要它的時候，隨時將它釋放掉，而靜態儲存區將一直存在於程式的整個生命週期中。

希望大家記住下面的規則：

      【規則1】用malloc 或new 申請記憶體之後，應該立即檢查指標值是否為NULL。防止使用指標值為NULL 的記憶體。
     【規則2】不要忘記為陣列和動態記憶體賦初值。防止將未被初始化的記憶體作為右值使用。
     【規則3】避免陣列或指標的下標越界，特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。
     【規則4】動態記憶體的申請與釋放必須配對，防止記憶體洩漏。
     【規則5】用free 或delete 釋放了記憶體之後，立即將指標設定為NULL，防止產生“野指標”。

堆與棧的討論：
管理方式：
   堆中資源由程式設計師控制（容易產生memory leak）。
   棧資源由編譯器自動管理，無需手工控制。

系統響應：
   對於堆，應知道系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式申請時，遍歷該連結串列，尋找第一個空間大於申請空間的堆結點，刪除空閒結點連結串列中的該結點，並將該結點空間分配給程式（大多數系統會在這塊記憶體空間首地址記錄本次分配的大小，這樣delete才能正確釋放本記憶體空間，另外系統會將多餘的部分重新放入空閒連結串列中）。
   對於棧，只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統為程式提供記憶體，否則報異常提示棧溢位。

空間大小：
堆是不連續的記憶體區域（因為系統是用連結串列來儲存空閒記憶體地址，自然不是連續的），堆大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體（32bit系統理論上是4G），所以堆的空間比較靈活，比較大。
棧是一塊連續的記憶體區域，大小是作業系統預定好的，windows下棧大小是2M（也有是1M，在編譯時確定，VC中可設定）。

碎片問題：
對於堆，頻繁的new/delete會造成大量碎片，使程式效率降低。
對於棧，它是一個先進後出的佇列，進出一一對應，不會產生碎片。

生長方向：
堆向上，向高地址方向增長。
棧向下，向低地址方向增長。

分配方式：
   堆都是動態分配（沒有靜態分配的堆）。
   棧有靜態分配和動態分配，靜態分配由編譯器完成（如區域性變數分配），動態分配由alloca函式分配，但棧的動態分配的資源由編譯器進行釋放，無需程式設計師實現。

分配效率：
   堆由C/C++函式庫提供，機制很複雜。所以堆的效率比棧低很多。
   棧是極其系統提供的資料結構，計算機在底層對棧提供支援，分配專門暫存器存放棧地址，棧操作有專門指令

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