内存分配与 const

http://blog.csdn.net/junz_1986/article/details/5426198

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

二、例子程序
这是一个前辈写的，非常详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456在常量区，p3在栈上。
static int c =0；全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

二、堆和栈的理论知识
2.1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。

2.2
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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

2.6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。

2.7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。

1、内存分配方面：

堆：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下：new、malloc、delete、free等等。

栈：由编译器(Compiler)自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、申请方式方面：

堆：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，但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。

栈：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。

3、系统响应方面：

堆：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。

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。

4、大小限制方面：

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。

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，栈的大小是固定的（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。

5、效率方面：

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。

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

6、存放内容方面：

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。

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，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。

7、存取效率方面：

堆：char *s1 = "Hellow Word"；是在编译时就确定的；

栈：char s1[] = "Hellow Word"；是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多）

CONST

C中CONST的使用：

const是一个C语言的关键字，它限定一个变量不允许被改变。使用const在一定程度上可以提高程序的健壮性，另外，在观看别人代码的时候，清晰理解const所起的作用，对理解对方的程序也有一些帮助。

虽然这听起来很简单，但实际上，const的使用也是c语言中一个比较微妙的地方，微妙在何处呢？请看下面几个问题。

问题：const变量和常量

为什么我象下面的例子一样用一个const变量来初始化数组，ANSI C的编译器会报告一个错误呢？

const int n = 5;

int a[n];

答案与分析:

1）、这个问题讨论的是“常量”与“只读变量”的区别。常量肯定是只读的，例如5， “abc”，等，肯定是只读的，因为程序中根本没有地方存放它的值，当然也就不能够去修改它。而“只读变量”则是在内存中开辟一个地方来存放它的值，只不过这个值由编译器限定不允许被修改。C语言关键字const就是用来限定一个变量不允许被改变的修饰符（Qualifier）。上述代码中变量n被修饰为只读变量，可惜再怎么修饰也不是常量。而ANSI C规定数组定义时维度必须是“常量”，“只读变量”也是不可以的。

2)、注意：在ANSI C中，这种写法是错误的，因为数组的大小应该是个常量，而const int n,n只是一个变量（常量 != 不可变的变量，但在标准C++中，这样定义的是一个常量，这种写法是对的），实际上，根据编译过程及内存分配来看，这种用法本来就应该是合理的，只是 ANSI C对数组的规定限制了它。

3)、那么，在ANSI C 语言中用什么来定义常量呢？答案是enum类型和#define宏，这两个都可以用来定义常量。

问题：const变量和const 限定的内容

下面的代码编译器会报一个错误，请问，哪一个语句是错误的呢？

typedef char * pStr;

char string[4] = "abc";

const char *p1 = string;

const pStr p2 = string;

p1++;

p2++;

答案与分析：

问题出在p2++上。

1)、const使用的基本形式： const char m;

限定m不可变。

2)、替换1式中的m, const char *pm;

限定*pm不可变，当然pm是可变的，因此问题中p1++是对的。

3)、替换1式char, const newType m;

限定m不可变，问题中的charptr就是一种新类型，因此问题中p2不可变，p2++是错误的。

问题：const变量和字符串常量

请问下面的代码有什么问题？

char *p = "i'm hungry!";

p[0]= 'I';

答案与分析：

上面的代码可能会造成内存的非法写操作。分析如下， “i'm hungry”实质上是字符串常量，而常量往往被编译器放在只读的内存区，不可写。p初始指向这个只读的内存区，而p[0] = 'I'则企图去写这个地方，编译器当然不会答应。

问题：const变量 & 字符串常量2

请问char a[3] = "abc" 合法吗？使用它有什么隐患？

答案与分析：

在标准C中这是合法的，但是它的生存环境非常狭小；它定义一个大小为3的数组，初始化为“abc”，，注意，它没有通常的字符串终止符'/0'，因此这个数组只是看起来像C语言中的字符串，实质上却不是，因此所有对字符串进行处理的函数，比如strcpy、printf等，都不能够被使用在这个假字符串上。

问题5：const & 指针

类型声明中const用来修饰一个常量，有如下两种写法，那么，请问，下面分别用const限定不可变的内容是什么?

1)、const在前面

const int nValue； //nValue是const

const char *pContent; //*pContent是const, pContent可变

const (char *) pContent;//pContent是const, *pContent可变

char* const pContent; //pContent是const, *pContent可变

const char* const pContent; //pContent和*pContent都是const

2)、const在后面，与上面的声明对等

int const nValue； // nValue是const

char const * pContent;// *pContent是const, pContent可变

(char *) const pContent;//pContent是const, *pContent可变

char* const pContent;// pContent是const, *pContent可变

char const* const pContent;// pContent和*pContent都是const

答案与分析：

const和指针一起使用是C语言中一个很常见的困惑之处，在实际开发中，特别是在看别人代码的时候，常常会因为这样而不好判断作者的意图，下面讲一下我的判断原则：

沿着*号划一条线，如果const位于*的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于*的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。你可以根据这个规则来看上面声明的实际意义，相信定会一目了然。

另外，需要注意：对于const (char *) ; 因为char *是一个整体，相当于一个类型(如 char)，因此，这是限定指针是const。

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