明晰C內存分配的五種方法的區別

碎片問(wèn)題：對于堆來(lái)講，頻繁的new/delete勢必會(huì )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(lái)講，則不會(huì )存在這個(gè)問(wèn)題，因為棧是先進(jìn)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(gè)內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內容已經(jīng)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(cháng)方向：對于堆來(lái)講，生長(cháng)方向是向上的，也就是向著(zhù)內存地址增加的方向;對于棧來(lái)講，它的生長(cháng)方向是向下的，是向著(zhù)內存地址減小的方向增長(cháng)。

分配方式：堆都是動(dòng)態(tài)分配的，沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的，他的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無(wú)需我們手工實(shí)現。

分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會(huì )在底層對棧提供支持：分配專(zhuān)門(mén)的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專(zhuān)門(mén)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(huì )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(méi)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(huì )分到足夠大小的內存，然后進(jìn)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(méi)有專(zhuān)門(mén)的系統支持，效率很低;由于可能引發(fā)用戶(hù)態(tài)和核心態(tài)的切換，內存的申請，代價(jià)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(guò)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(shí)候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。

無(wú)論是堆還是棧，都要防止越界現象的發(fā)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(chǎn)生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生上面的問(wèn)題，你還是要小心，說(shuō)不定什么時(shí)候就崩掉，那時(shí)候debug可是相當困難的：)

首先，我們舉一個(gè)例子：

void f() { int* p=new int[5]; }

這條短短的一句話(huà)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(huà)的意思就是：在棧內存中存放了一個(gè)指向一塊堆內存的指針p。在程序會(huì )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：

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

這里，我們?yōu)榱撕?jiǎn)單并沒(méi)有釋放內存，那么該怎么去釋放呢?是delete p么?澳，錯了，應該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個(gè)數組，VC6就會(huì )根據相應的Cookie信息去進(jìn)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(diǎn)：

1、管理方式不同;

2、空間大小不同;

3、能否產(chǎn)生碎片不同;

4、生長(cháng)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(lái)講，是由編譯器自動(dòng)管理，無(wú)需我們手工控制;對于堆來(lái)說(shuō)，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。

空間大?。阂话銇?lái)講在32位系統下，堆內存可以達到4G的空間，從這個(gè)角度來(lái)看堆內存幾乎是沒(méi)有什么限制的。但是對于棧來(lái)講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的?？臻g大小是1M(好像是，記不清楚了)。當然，我們可以修改：

打開(kāi)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(yè)文件里面，它設置的較大會(huì )使棧開(kāi)辟較大的值，可能增加內存的開(kāi)銷(xiāo)和啟動(dòng)時(shí)間。

碎片問(wèn)題：對于堆來(lái)講，頻繁的new/delete勢必會(huì )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(lái)講，則不會(huì )存在這個(gè)問(wèn)題，因為棧是先進(jìn)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(gè)內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內容已經(jīng)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(cháng)方向：對于堆來(lái)講，生長(cháng)方向是向上的，也就是向著(zhù)內存地址增加的方向;對于棧來(lái)講，它的生長(cháng)方向是向下的，是向著(zhù)內存地址減小的方向增長(cháng)。

分配方式：堆都是動(dòng)態(tài)分配的，沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的，他的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無(wú)需我們手工實(shí)現。

分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會(huì )在底層對棧提供支持：分配專(zhuān)門(mén)的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專(zhuān)門(mén)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(huì )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(méi)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(huì )分到足夠大小的內存，然后進(jìn)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(méi)有專(zhuān)門(mén)的系統支持，效率很低;由于可能引發(fā)用戶(hù)態(tài)和核心態(tài)的切換，內存的申請，代價(jià)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(guò)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(shí)候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。

無(wú)論是堆還是棧，都要防止越界現象的發(fā)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(chǎn)生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生上面的問(wèn)題，你還是要小心，說(shuō)不定什么時(shí)候就崩掉，那時(shí)候debug可是相當困難的：)