記憶體分配知識(全域性，區域性，靜態變數)

預備知識—程式的記憶體分配 

一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分 
1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。 
2、堆區（heap） — 一般由程式設計師分配釋放， 若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收 。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於連結串列，呵呵。
3、全域性區（靜態區）（static）—，全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域， 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後有系統釋放 
4、文字常量區 —常量字串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放 
5、程式程式碼區—存放函式體的二進位制程式碼。

一個正常的程式在記憶體中通常分為程式段，資料端和堆疊三部分。程式段裡放著程式的機器碼和只讀資料，這個段通常是隻讀，對它的寫操作是非法的。資料段放的是程式中的靜態資料。動態資料則通過堆疊來存放。在記憶體中，它們的位置如下： 
+------------------+ 記憶體低端 
| 程式段 | 
|------------------| 
| 資料段 | 
|------------------| 
| 堆疊 | 
+------------------+ 記憶體高階 
堆疊是記憶體中的一個連續的塊。一個叫堆疊指標的暫存器（SP）指向堆疊的棧頂。堆疊的底部是一個固定地址。堆疊有一個特點就是，後進先出。也就是說，後放入的資料第一個取出。它支援兩個操作，PUSH和POP。PUSH是將資料放到棧的頂端，POP是將棧頂的資料取出。
在高階語言中，程式函式呼叫和函式中的臨時變數都用到堆疊。為什麼呢？因為在呼叫一個函式時，我們需要對當前的操作進行保護，也為了函式執行後，程式可以正確的找到地方繼續執行，所以引數的傳遞和返回值也用到了堆疊。通常對區域性變數的引用是通過給出它們對SP的偏移量來實現的。另外還有一個基址指標（FP，在Intel晶片中是BP），許多編譯器實際上是用它來引用本地變數和引數的。通常，引數的相對FP的偏移是正的，區域性變數是負的。 
當程式中發生函式呼叫時，計算機做如下操作：首先把引數壓入堆疊；然後儲存指令暫存器(IP)中的內容，做為返回地址(RET)；第三個放入堆疊的是基址暫存器(FP)；然後把當前的棧指標(SP)拷貝到FP，做為新的基地址；最後為本地變數留出一定空間，把SP減去適當的數值。 

在函式體中定義的變數通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配記憶體的函式分配得到的就是在堆上。在所有函式體外定義的是全域性量，加了static修飾符後不管在哪裡都存放在全域性區（靜態區）,在所有函式體外定義的static變數表示在該檔案中有效，不能extern到別的檔案用，在函式體內定義的static表示只在該函式體內有效。另外，函式中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。

對比：
1 效能
棧：棧存在於RAM中。棧是動態的，它的儲存速度是第二快的。stack
堆：堆位於RAM中，是一個通用的記憶體池。所有的物件都儲存在堆中。heap

2 申請方式
stack: 由系統自動分配。 例如，宣告在函式中一個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間 
heap: 需要程式設計師自己申請，並指明大小，在c中malloc函式 如p1 = (char *)malloc(10); 
在C++中用new運算子 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在棧中的。

3 申請後系統的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢位。 
堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式的申請時， 
會遍歷該連結串列，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點連結串列中刪除，並將該結點的空間分配給程式，另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，程式碼中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。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，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒連結串列中。

4 申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。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餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。 
堆：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列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記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

5 申請效率的比較
棧由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。 
堆是由new分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便. 
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧是直接在程式的地址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

6 堆和棧中的儲存內容
棧：在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函式的各個引數，在大多數的C編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。 
當本次函式呼叫結束後，區域性變數先出棧，然後是引數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函式中的下一條指令，程式由該點繼續執行。 
堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

7 存取效率的比較
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 
aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的； 
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的； 
但是，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(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; 
} 
對應的彙編程式碼 
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 
第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中，而第二種則要先把指標值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。 

小結： 
堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出： 
使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。 
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

全域性變數、靜態資料、常量存放在全域性資料區，所有函式的程式碼存放在程式碼區，為執行函式而分配的區域性變數、函式引數、返回資料、返回地址等存放在棧區。   
所以在同一個程式裡，多個任務（執行緒）的全域性變數和靜態變數都應該是共享同一塊記憶體（全域性資料區）   
而在不同的程式裡，重新載入了程式碼，各個程式間的全域性變數和靜態變數當然不是擁有同一塊記憶體。   
在psos下，各個任務是不同的執行緒，所以各個任務的全域性變數和靜態變數是在同一塊記憶體。而我的另一個程式中（在sco unix），是每次執行都是一個新的程式，所以各個程式的全域性變數和靜態變數擁有不同的記憶體

轉自：http://www.cppblog.com/elva/archive/2009/10/30/99811.html