? ? ? 棧，就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清除的變量的存儲區。里面的變量通常是局部變量、函數參數等。在一個進程中，位于用戶虛擬地址空間頂部的是用戶棧，編譯器用它來實現函數的調用。和堆一樣，用戶棧在程序執行期間可以動態地擴展和收縮。

　　堆，就是那些由?new?分配的內存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應用程序去控制，一般一個?new?就要對應一個?delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結束后，操作系統會自動回收。堆可以動態地擴展和收縮。

　　自由存儲區，就是那些由?malloc?等分配的內存塊，他和堆是十分相似的，不過它是用?free?來結束自己的生命的。

　　全局/靜態存儲區，全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中，在以前的?C?語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的（初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量與靜態變量在相鄰的另一塊區域，同時未被初始化的對象存儲區可以通過?void*?來訪問和操縱，程序結束后由系統自行釋放），在?C++?里面沒有這個區分了，他們共同占用同一塊內存區。

　　常量存儲區，這是一塊比較特殊的存儲區，他們里面存放的是常量，不允許修改（當然，你要通過非正當手段也可以修改，而且方法很多）

　　明確區分堆與棧

　　在 BBS?上，堆與棧的區分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。

　　首先，我們舉一個例子：

?

voidf() { int*p=newint[5]; }

　　這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到?new，我們首先就應該想到，我們分配了一塊堆內存，那么指針?p?呢？他分配的是一塊棧內存，所以這句話的意思就是：在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針?p。在程序會先確定在堆中分配內存的大小，然后調用?operator new?分配內存，然后返回這塊內存的首地址，放入棧中，他在?VC6?下的匯編代碼如下：

00401028push14h

　　0040102Acalloperator new (00401060)

　　0040102Faddesp,4

　　00401032movdword ptr [ebp-8],eax

　　00401035moveax,dword ptr [ebp-8]

　　00401038movdword ptr [ebp-4],eax

　　這里，我們為了簡單并沒有釋放內存，那么該怎么去釋放呢？是?delete p?么？噢，錯了，應該是?delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6?就會根據相應的?Cookie?信息去進行釋放內存的工作。

　　好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區別？

　　主要的區別由以下幾點：

　　1、管理方式不同；

　　2、空間大小不同；

　　3、能否產生碎片不同；

　　4、生長方向不同；

　　5、分配方式不同；

　　6、分配效率不同；

　　管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產生memory leak。

　　空間大小：一般來講在?32?位系統下，堆內存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改：打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在?Category?中選中?Output，然后在?Reserve?中設定堆棧的最大值和?commit。注意：reserve?最小值為?4Byte；commit?是保留在虛擬內存的頁文件里面，它設置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內存的開銷和啟動時間。

　　碎片問題：對于堆來講，頻繁的?new/delete?勢必會造成內存空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進后出的隊列，他們是如此的一一對應，以至于永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進的棧內容已經被彈出，詳細的可以參考數據結構，這里我們就不再一一討論了。

　　生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內存地址減小的方向增長。

　　分配方式：堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態分配由 malloc?函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。

　　分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，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++?函數庫提供的，它的機制是很復雜的，例如為了分配一塊內存，庫函數會按照一定的算法（具體的算法可以參考數據結構/操作系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，然后進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

　　從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量?new/delete?的使用，容易造成大量的內存碎片；由于沒有專門的系統支持，效率很低；由于可能引發用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程中的參數，返回地址，EBP?和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。

　　雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。

　　無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程中，沒有發生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉，那時候?debug?可是相當困難的 ：）

　　對了，還有一件事，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵，清楚了？

　　static 用來控制變量的存儲方式和可見性

　　函數內部定義的變量，在程序執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題:?如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？?最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此?函數控制）。需要一個數據對象為整個類而非某個對象服務，同時又力求不破壞類的封裝性，即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。

　　static 的內部機制：

　　靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數在程序運行中被調用，所以靜態數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內部實現，那里有類的成員函數定義；三是應用程序的?main(）函數前的全局數據聲明和定義處。

　　靜態數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”，并不進行實際的內存分配，所以在類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復定義。

　　static?被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間，靜態數據成員按定義出現的先后順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

　　static 的優勢：

　　可以節省內存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態數據成員的值對每個對象都是一樣，但它的?值是可以更新的。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。引用靜態數據成員時，采用如下格式：

　　<類名>::<靜態成員名>

　　如果靜態數據成員的訪問權限允許的話(即?public?的成員)，可在程序中，按上述格式來引用靜態數據成員。

　　

Ps：

　　(1)?類的靜態成員函數是屬于整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導致了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。

　　(2)?不能將靜態成員函數定義為虛函數。

　　(3)?由于靜態成員聲明于類中，操作于其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數據類型的指針，函數地址類型是一個“nonmember?函數指針”。

　　(4)?由于靜態成員函數沒有?this?指針，所以就差不多等同于?nonmember?函數，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個?callback?函數，使得我們得以將?c++?和?c-based x window?系統結合，同時也成功的應用于線程函數身上。

　　(5) static?并沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問時間，節省了子類的內存空間。

　　(6)?靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字?static。

　　(7)?靜態數據成員是靜態存儲的，所以必須對它進行初始化。

　　(8)?靜態成員初始化與一般數據成員初始化不同：

　　初始化在類體外進行，而前面不加?static，以免與一般靜態變量或對象相混淆；

　　初始化時不加該成員的訪問權限控制符?private、public；

　　初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；

　　所以我們得出靜態數據成員初始化的格式：

　　<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>

?　　(9)?為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共享，但我們有重復定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling?用以生成唯一的標志。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++内存分配方式详解——堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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