堆疊和記憶體的關係 細說

五大記憶體分割槽
    在C++中，記憶體分成5個區，他們分別是堆、棧、自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區。
    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楚的變數的儲存區。裡面的變數通常是區域性變數、函式引數等。
    堆，就是那些由new分配的記憶體塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應用程式去控制，一般一個new就要對應一個delete。如果程式設計師沒有釋放掉，那麼在程式結束後，作業系統會自動回收。
    自由儲存區，就是那些由malloc等分配的記憶體塊，他和堆是十分相似的，不過它是用free來結束自己的生命的。
    全域性/靜態儲存區，全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中，在以前的C語言中，全域性變數又分為初始化的和未初始化的，在C++裡面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊記憶體區。
    常量儲存區，這是一塊比較特殊的儲存區，他們裡面存放的是常量，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，似乎是一個永恆的話題，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：
    void f() { int* p=new int[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，我們分配了一塊堆記憶體，那麼指標p呢？他分配的是一塊棧記憶體，所以這句話的意思就是：在棧記憶體中存放了一個指向一塊堆記憶體的指標p。在程式會先確定在堆中分配記憶體的大小，然後呼叫operator new分配記憶體，然後返回這塊記憶體的首地址，放入棧中，他在VC6下的彙編程式碼如下：
    00401028   push        14h
    0040102A   call        operator new (00401060)
    0040102F   add         esp,4
    00401032   mov         dword ptr [ebp-8],eax
    00401035   mov         eax,dword ptr [ebp-8]
    00401038   mov         dword ptr [ebp-4],eax
    這裡，我們為了簡單並沒有釋放記憶體，那麼該怎麼去釋放呢？是delete p麼？澳，錯了，應該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個陣列，VC6就會根據相應的Cookie資訊去進行釋放記憶體的工作。
    好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什麼區別？
    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：對於棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對於堆來說，釋放工作由程式設計師控制，容易產生memory leak。
    空間大小：一般來講在32位系統下，堆記憶體可以達到4G的空間，從這個角度來看堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，預設的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改：   
    開啟工程，依次操作選單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然後在Reserve中設定堆疊的最大值和commit。
注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬記憶體的頁檔案裡面，它設定的較大會使棧開闢較大的值，可能增加記憶體的開銷和啟動時間。
    碎片問題：對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程式效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進後出的佇列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個記憶體塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的可以參考資料結構，這裡我們就不再一一討論了。
    生長方向：對於堆來講，生長方向是向上的，也就是向著記憶體地址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向著記憶體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，比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式進行分配，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）在堆記憶體中搜尋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。
    從這裡我們可以看到，堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容易造成大量的記憶體碎片；由於沒有專門的系統支援，效率很低；由於可能引發使用者態和核心態的切換，記憶體的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最廣泛的，就算是函式的呼叫也利用棧去完成，函式呼叫過程中的引數，返回地址，EBP和區域性變數都採用棧的方式存放。所以，我們推薦大家儘量用棧，而不是用堆。
    雖然棧有如此眾多的好處，但是由於和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的記憶體空間，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），因為越界的結果要麼是程式崩潰，要麼是摧毀程式的堆、棧結構，產生以想不到的結果,就算是在你的程式執行過程中，沒有發生上面的問題，你還是要小心，說不定什麼時候就崩掉，那時候debug可是相當困難的：）
    對了，還有一件事，如果有人把堆疊合起來說，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵，清楚了？
static用來控制變數的儲存方式和可見性
       函式內部定義的變數，在程式執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函式在棧上分配的空間在此函式執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函式中此變數的值儲存至下一次呼叫時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全域性的變數，但定義為一個全域性變數有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變數的訪問範圍（使得在此函式中定義的變數，不僅僅受此函式控制）。

       需要一個資料物件為整個類而非某個物件服務,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：
       靜態資料成員要在程式一開始執行時就必須存在。因為函式在程式執行中被呼叫，所以靜態資料成員不能在任何函式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，一是作為類的外部介面的標頭檔案，那裡有類宣告；二是類定義的內部實現，那裡有類的成員函式定義；三是應用程式的main（）函式前的全域性資料宣告和定義處。
      靜態資料成員要實際地分配空間，故不能在類的宣告中定義（只能宣告資料成員）。類宣告只宣告一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的記憶體分配，所以在類宣告中寫成定義是錯誤的。它也不能在標頭檔案中類宣告的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的原始檔中，對其重複定義。
      static被引入以告知編譯器，將變數儲存在程式的靜態儲存區而非棧上空間，靜態
資料成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員巢狀時，要保證所巢狀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：
       可以節省記憶體，因為它是所有物件所公有的，因此，對多個物件來說，靜態資料成員只儲存一處，供所有物件共用。靜態資料成員的值對每個物件都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態資料成員的值更新一次，保證所有物件存取更新後的相同的值，這樣可以提高時間效率。

        引用靜態資料成員時，採用如下格式：
         <類名>::<靜態成員名>
    如果靜態資料成員的訪問許可權允許的話(即public的成員)，可在程式中，按上述格式
來引用靜態資料成員。

       PS:
      (1)類的靜態成員函式是屬於整個類而非類的物件，所以它沒有this指標，這就導致
了它僅能訪問類的靜態資料和靜態成員函式。
      (2)不能將靜態成員函式定義為虛擬函式。
      (3)由於靜態成員宣告於類中，操作於其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊
，變數地址是指向其資料型別的指標 ，函式地址型別是一個“nonmember函式指標”。

      (4)由於靜態成員函式沒有this指標，所以就差不多等同於nonmember函式，結果就
產生了一個意想不到的好處：成為一個callback函式，使得我們得以將C++和C-based X W
indow系統結合，同時也成功的應用於執行緒函式身上。
      (5)static並沒有增加程式的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問
時間，節省了子類的記憶體空間。
      (6)靜態資料成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。
      (7)靜態資料成員是靜態儲存的，所以必須對它進行初始化。
      (8)靜態成員初始化與一般資料成員初始化不同:
      初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變數或物件相混淆；
      初始化時不加該成員的訪問許可權控制符private，public等；
           初始化時使用作用域運算子來標明它所屬類；
           所以我們得出靜態資料成員初始化的格式：
         <資料型別><類名>::<靜態資料成員名>=<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數，以遮蔽父類的影響。這裡有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共享，但我們有重複定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器採用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標誌。 

一個非常詳細例子
//main.cpp
int a = 0; 全域性初始化區
char *p1; 全域性未初始化區
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； 全域性（靜態）初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。
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。
}