局部变量、全局变量、堆、堆栈、静态和全局

局部变量、全局变量、堆、堆栈、静态和全局
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一般全局变量存放在数据区,局部变量存放在栈区,
动态变量存放在堆区,函数代码放在代码区。
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栈区是普通的栈数据结构,遵循LIFO后进先出的规则,局部变量安排在那里是ASM时就规定的,这样可以在一个函数结束后平衡堆栈,操作简单,效率高
堆 (动态区)在这里应当叫堆栈(不要和数据结构中的堆搞混)是程序在编译时产生的一块用于产生动态内存分配使用的块,操作比较栈要麻烦许多,在分配时要判断 最优的地址(防止产生无用的内存碎片(由于屡次的NEW和DELETE产生的夹在两块使用中内存中的空余小内存(不容易被分配))),分配和回收时的效率 比栈低多了
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栈 是系统提供的功能,特点是快速高效,缺点是有限制,数据不灵活;而堆是函数库提供的功能,特点是灵活方便,数据适应面广泛,但是效率有一定降低。栈是系统 数据结构,对于进程/线程是唯一的;堆是函数库内部数据结构,不一定唯一。不同堆分配的内存无法互相操作。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编 译器完成的,比如自动变量(auto)的分配。动态分配由malloc函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动的),也就没有释放函数。为可移植的程序起 见,栈的动态分配操作是不被鼓励的!堆空间的分配总是动态的,虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统,但是精确的申请内存/ 释放内存匹配是良好程序的基本要素。
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堆是程序员管理的,栈是系统管理的.  
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对比:
1 性能
栈:栈存在于RAM中。栈是动态的,它的存储速度是第二快的。stack
堆:堆位于RAM中,是一个通用的内存池。所有的对象都存储在堆中。heap

2 申请方式
stack: 由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap: 需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数 如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。

3 申请后系统的响应
栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。
堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,
会 遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内 存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大 小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

4 申请大小的限制
栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据 结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之 是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。
堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

5 申请效率的比较
栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

6 堆和栈中的存储内容
栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。
堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

7 存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;
但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(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;
}
对应的汇编代码
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
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。

小结:
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:
使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。
全局变量、静态数据、常量存放在全局数据区,所有函数的代码存放在代码区,为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等存放在栈区。  
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另外关于静态和全局的一些问题:
静态变量的特点:

1、  一 次存储:静态局部变量只被初始化一次,下一次初始化根据上一次的结果值,有点类似于c++中类的静态成员变量,即无论该类型生成多少个实例对象,所有的对 象共用一个静态变量,到这里就是无论这个函数调用多少次,该静态变量只初始化一次,并没有因为超出其生存期而被销毁,只是外部不可见而已,用个例子说明 之:

void  fun1( int  v )
{
    static  int  value = v;
    static  int  value = v;
}
int  main( int  arc, char  *args[ ])
{
    fun1( 50 );
    fun1( 100 );
}
        执行的结果是:value : 50  value : 50
        说明在第二次调用fun1( )时的初始化value的采用的是上一次value的值,value在静态区的存储空间并没有因为fun1( )的结束而被释放,即体现了一次存储;

2、  作用域限定:静态修饰的作用域限定功能同时体现在函数与变量上;

a) 对于函数而言,任何用static修饰的函数,其作用域仅为当前源文件,而对外部来说这个函数是不可见的,即只有和其在同一源文件中的函数才能调用这个静 态函数;反过来说,如果一个函数仅仅被同一源文件中的其他函数调用,那么这个函数应该声明为静态的,这样做的好处在于:可以一定程度上的解决不同源文件之 间函数的命名冲突问题;
b)对于变量而言,static修饰的全局变量,只在当前源文件中有效,对外部不可见,外部文件不能够引用;
顾名思义,全局变量是指能够在全局引用的变量,相对于局部变量的概念,也叫外部变量;同静态变量一样,全局变量位于静态数据区,全局变量一处定义,多处引用,用关键字“extern”引用“外部”的变量。
全局变量也可以是静态的,在前面有过说明,静态全局变量的意义就是不让“外部”引用,是单个源文件里的全局变量,即是编译阶段的全局变量,而不是连接阶段的全局变量。
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通过上面的分析,我们不难得出以下结论:
1.静态函数与普通函数的区别在于:静态函数不可以被同一源文件以外的函数调用。
2.静态局部变量与普通局部变量的区别在于:静态局部变量只初始化一次,下一次初始化实际上是依然是上一次的值;
3.静态全局变量与普通全局变量的区别在于:静态全局变量的作用域仅限于所在的源文件。

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