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C++学习笔记(三十二):c++ 堆内存与栈内存比较

本节对堆和栈内存进行描述。

  • 应用程序启动后,操作系统将整个程序加载到内存,分配相应的物理ram,确保程序可以正常运行。堆和栈是ram中存在的两个区域。栈通常是一个预定义大小的内存区域,一般是2M字节左右。堆也是预定了默认值的区域,但可以随着程序的运行变大。
  • #include <iostream>struct Vector3
    {float x, y, z;Vector3():x(1),y(2),z(3){}
    };int main()
    {//在栈上分配内存int value = 5;   //整数int array[5];    //数组for (int i = 0; i < 5; i++){array[i] = i;}Vector3 vector;  //类或者结构体//在堆上分配,使用new操作符在堆上进行分配int* hvalue = new int;*hvalue = 5;int* harray = new int[5];for (int i = 0; i < 5; i++){harray[i] = i+5;}Vector3* hvector = new Vector3;std::cin.get();
    }

  • 栈内存分配
  • 下图是展示的内存地址是栈上array的内存地址,可以看到,在内存上市连续的20个字节的大小,因为一个int是4字节。
  • 在array附近可以看到05 00 00 00,这是value的内存地址,中间多了一些字节是因为现在是在Debug模式下,中间添加的是安全守卫,在所有变量的周围都会添加,确保内存溢出不是改变所有变量等。
  • 继续执行,下入红色的字节表示的是vector的字节,中间插入的仍是安全守卫。
  • 堆内存分配
  • 继续执行上述程序,在内存中可以看到hvalue的值以及内存地址
  • 继续执行,查看harray的从,从下图可以看到和hvalue的内存地址相差很远。
  • 在堆中申请内存,需要程序员自己去释放内存,而在栈中,超出作用域后会自动释放内存。如下所示:
  • #include <iostream>struct Vector3
    {float x, y, z;Vector3():x(1),y(2),z(3){}
    };int main()
    {//在栈上分配内存int value = 5;   //整数int array[5];    //数组for (int i = 0; i < 5; i++){array[i] = i;}Vector3 vector;  //类或者结构体//在堆上分配,使用new操作符在堆上进行分配int* hvalue = new int;*hvalue = 5;int* harray = new int[5];for (int i = 0; i < 5; i++){harray[i] = i+5;}Vector3* hvector = new Vector3;delete hvalue;delete[] harray;delete hvector;std::cin.get();
    }
  • new操作符实际上调用了一个malloc的函数从堆上分配内存,程序会维护一个空闲链表,用来跟踪哪些内存块是空闲的。

  • 栈分配比堆分配效率高的原因
  • 在栈上分配内存仅仅是一条cpu指令,而在堆上, 需要执行很多操作,所以在栈上分配执行效率比在堆上分配高很多。下面通过查看生成的汇编代码来证实。

  • 如上图显示,在通过栈给value分配内存是,仅仅需要执行一条cpu指令。

  • 上图现在,在堆上则需要执行7条cpu指令,才能给hvalue分配内存。

  • 生成汇编的设置方法如下:

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