1、首先,講下 “堆 heap” 和 “棧 stack” 的區別:
一個由 c/c++編譯過的程序占用的內存分為一下幾個部分
(1)、棧區 stack :由編譯器自動分配釋放,存放函數的參數值,局部變量的值等。這個棧的操作方式類似於數據結構中的棧。
(2)、堆區 heap :一般由程序員分配釋放,若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回收,注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式類似於鏈表。
(3)、*全局區(靜態區)static*** : 全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的。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和靜態變量又放在相鄰的另一塊區域中。程序結束后由系統釋放。
(4)、*文字常量區* : 常量字符串放在這里。程序結束后由系統釋放。
(5)、程序代碼區 : 存放函數體的2進制代碼。
根據變量的位置可以分為全局變量和局部變量
根據變量的靜態屬性可以分為靜態變量和非靜態變量。
根據變量的const屬性可以分為const變量和非const變量。
針對上面的幾種變量分類,變量的初始化分為以下幾種:
全局變量和局部變量的不同主要體現在變量的作用范圍上,全局變量的初始化分為兩種,非類對象的變量的初始話發生在函數的編譯階段,如果我們沒有顯示的初始化,編譯器會默認初始化,類類型的全局變量的初始化發生在程序運行階段的Main函數之前。對於局部變量,不會執行默認初始化,因此在使用局部變量之前必須先進行變量的初始化。
靜態變量和非靜態變量的初始化:
靜態變量的分類:靜態變量根據其位置可以分為三種:全局靜態變量、定義在函數中的靜態變量以及定義在類中的靜態變量。
靜態變量的初始化:編譯器要求不同,有的要求必須主動完成初始化,有的編譯器會完成默認初始化,但是值不確定。所以,在使用靜態變量的時候,我們一般要求必須在定義的同時完成初始化。對於g++編譯器,如果靜態變量是全局或者函數的局部變量,都會完成默認初始化。但是如果類包含靜態數據成員,C++要求這個靜態數據成員僅可以在類內部完成聲明,然后在類外,且任何函數之外,完成靜態成員的初始化,初始化可以賦初始值,也可以不賦值,不賦值會默認初始化。
初始化的形式如下:
int A::i = 1;
如果試圖在類內初始化,編譯器會報錯:ISO C++ forbids in-class initialization of non-const static member ‘A::k’ 。
如果在函數內(比如main函數)試圖初始化, 編譯器同樣會報錯:qualified-id in declaration before ‘=’ token
如果不初始化直接使用,由於未分配內存,還是會報錯:undefined reference to `A::k’
報錯願意分析: 由於類的靜態數據成員所有類共有,所以,類在分配內存的時候並不會主動分配這個靜態數據成員的內存,因此要求我們必須主動要求分配內存。必須在類外完成初始化的原因是因為,這個靜態數據成員保存在數據段(全局區),如果在函數內初始化,意味着要求編譯器在棧區委這個變量分配內存,這也是錯誤的。
但是這中情況有一個例外,那就是如果類的靜態數據成員是const, 那么 這個變量必須在類內完成初始化。
對於全局變量,如果程序僅由一個源文件構成,那么全局靜態變量類同於全局變量,在編輯階段進行初始化。如果程序由多個源文件構成,那么全局靜態變量僅對所在的源文件有效,而全局變量在整個程序中有效。
定義在函數中的靜態變量:定義在函數中的靜態變量的作用是變量值的保持,對於初始化而言,函數中的靜態變量僅在定義時進行初始化,且在整個程序的運行中,函數中的靜態變量只初始化一次。
類中的靜態成員變量:類的靜態成員存在於任何對象之外,對象中不包含任何與靜態數據成員有關的數據,因此,靜態數據成員不是由構造函數進行初始化的,類的靜態數據成員的初始化過程必須在類的定義之外,相對的,類的非靜態數據的初始化發生在類的構造函數中。
const對象和非const對象的初始化:
const對象必須在定義的時候進行初始化,引用的本質是一個const指針,因此引用也必須在定義的時候進行初始化。
各種變量的存儲位置:
常規的變量(非全局,非靜態)保存在棧上。
動態數據等顯示分配的內存在堆上。
全局變量和靜態變量保存在數據段(全局區)
const全局變量存放於只讀數據段,在第一次使用時為其分配內存。
2、例子程序 : 這是一個前輩寫的,非常詳細
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main()
{
int b;// 棧
char s[] = "abc"; //棧
char *p2; //棧
char *p3 = "123456"; 123456\0";//在常量區,p3在棧上。
static int c =0; //全局(靜態)初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
//分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
}
BSS引入
內存分配區域
32位操作系統下為:1G內核態,3G用戶態
BSS段 :通常是指用來存放程序中 未初始化的全局變量、靜態變量(全局變量未初始化時默認為0)的一塊內存區域
數據段 :通常是指用來存放程序中 初始化后的全局變量和靜態變量
代碼段 :通常是指用來存放程序中 代碼和常量
堆 :通常是指用來存放程序中 進程運行時被動態分配的內存段 ( 動態分配:malloc / new,者動態釋放:free / delete)
棧 :通常是指用來存放程序中 用戶臨時創建的局部變量、函數形參、數組(局部變量未初始化則默認為垃圾值)也就是說我們函數括弧“{}”中定義的變量(但不包括static聲明的變量,static意味着在數據段中存放變量)。除 以外,在函數被調用時,其參數也會被壓入發起調用的進程棧中,並且待到調用結束后,函數的返回值也會被存放回棧中。由於棧的先進后出特點,所以棧特別方便用來保存/恢復調用現場。從這個意義上講,我們可以把堆棧看成一個寄存、交換臨時數據的內存區。它是由操作系統分配的,內存的申請與回收都由OS管理。
堆(heap)和棧(stack)的區別
1、申請方式
棧: 由系統自動分配。例如,聲明在函數中一個局部變量int b;系統自動在棧中為b開辟空間
堆: 需要程序員自己申請,並指明大小( 動態分配:malloc / new,者動態釋放:free / delete)
2、申請后系統的響應
棧:只要棧的剩余空間大於所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,
會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。
3、申請大小的限制
棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在WINDOWS下,棧的大小是2M(也有的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。
堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的,自然是不連
續的,
而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
(4)申請效率的比較:
棧:由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。
堆:是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用Virtual Alloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧,而是直接在進程的地址空間中保留一塊內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。
(5)堆和棧中的存儲內容
棧:在函數調用時,第一個進棧的是主函數中后的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址,然后是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧的,然后是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。
當本次函數調用結束后,局部變量先出棧,然后是參數,最后棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。
堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。
(6)存取效率的比較
BSS段的大小記錄在哪里? -》 關於BSS段的大小
bss段的大小,記錄在段表里,記錄的是所有未初始化變量總共的大小,bss段只在段表里有個記錄,但實際並不存在這個段.,每個未初始化的變量的大小放在了符號表里。
更詳盡的例子:
#include <iostream>
using namespace std;
int a = 0;//初始化的全局變量:保存在數據段
char *p1;//未初始化的全局變量:保存在BSS段
int main()
{
int b;//未初始化的局部變量:保存在棧上
char s[] = "abc";//"abc"為字符串常量保存在常量區;數組保存在棧上,
並將常量區的"abc\0"復制到該數組中。這個數組可以隨意修改而不會有任何隱患,
而"123"這個字符串依然會保留在靜態區中。
char *p2;//p2保存在棧上
char *p3 = "123456";//p3保存在棧上,"123456\0"保存在data區的read-only部分
//注意:如果令p3[1] = 9; 則程序崩潰,指針可以訪問但不允許改變常量區的內容
//聲明了一個指針p3並指向"123456\0"在靜態區中的地址,事實上,p3應該聲明為
char const *,以免可以通過p3[i]='\n'這一類的語法去修改這個字符串的內容。如果這樣
做了,在支持“常量區”的系統中可能會導致異常,在“合並相同字符串”的編譯方法下會導致其它
地方的字符串常量古怪地發生變化。
static int c = 0;//初始化的靜態局部變量:保存在數據區(數據段)
p1 = (char *)malloc(sizeof(char) * 10);//分配的10字節區域保存在堆上
p2 = (char *)malloc(sizeof(char) * 20);//分配的20字節區域保存在堆上
strcpy(p1, "123456");
//"123456\0"放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向"123456"優化成一個地方
return 0;
}
參考來源: