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三種建立物件的方法解析

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我們都知道C++中有三種建立物件的方法,如下:

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
private:
    int n;
public:
    A(int m):n(m)
    {
    }
    ~A(){}
};
int main()
{
    A a(1);  //棧中分配
    A b = A(1);  //棧中分配
    A* c = new A(1);  //堆中分配
  delete c;
    return 0;
}

第一種和第二種沒什麼區別,一個隱式呼叫,一個顯式呼叫,兩者都是在程序虛擬地址空間中的棧中分配記憶體,而第三種使用了new,在堆中分配了記憶體,而棧中記憶體的分配和釋放是由系統管理,而堆中記憶體的分配和釋放必須由程式設計師手動釋放,所以這就產生一個問題是把物件放在棧中還是放在堆中的問題,這個問題又和堆和棧本身的區別有關:

這裡面有幾個問題:

  1. 堆和棧最大可分配的記憶體的大小
  2. 堆和棧的記憶體管理方式
  3. 堆和棧的分配效率

首先針對第一個問題,一般來說對於一個程序棧的大小遠遠小於堆的大小,在linux中,你可以使用ulimit -s (單位kb)來檢視一個程序棧的最大可分配大小,一般來說不超過8M,有的甚至不超過2M,不過這個可以設定,而對於堆你會發現,針對一個程序堆的最大可分配的大小在G的數量級上,不同系統可能不一樣,比如32位系統最大不超過2G,而64為系統最大不超過4G,所以當你需要一個分配的大小的記憶體時,請用new,即用堆。

其次針對第二個問題,棧是系統資料結構,對於程序/執行緒是唯一的,它的分配與釋放由作業系統來維護,不需要開發者來管理。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,這些儲存單元會被自動釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中,效率很高,不同的作業系統對棧都有一定的限制。

堆上的記憶體分配,亦稱動態記憶體分配。程式在執行的期間用malloc申請的記憶體,這部分記憶體由程式設計師自己負責管理,其生存期由開發者決定:在何時分配,分配多少,並在何時用free來釋放該記憶體。這是唯一可以由開發者參與管理的記憶體。使用的好壞直接決定系統的效能和穩定。
由上可知,當我們需要的記憶體很少,你又能確定你到底需要多少記憶體時,請用棧。而當你需要在執行時才知道你到底需要多少記憶體時,請用堆。

最後針對第三個問題,棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率 比較高。堆則是C/C++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法可以參考資料結構/作業系統)在 堆記憶體中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,這樣就有機會 分 到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。

由上可知,能用棧則用棧。