一：基本知識

在C++中，內(nèi)存分成5個區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。

1.堆區(qū)（heap）—就是那些由malloc 或 new 分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個new就要對應(yīng)一個delete，malloc對應(yīng)free。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會自動回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表

2.棧區(qū)（stack）—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除的變量的存儲區(qū)。由編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值，還保存了調(diào)用函數(shù)的返回地址等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
    3.全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）（static）—存儲全局變量，和靜態(tài)變量static聲明的變量,全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中.在以前的C語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒有這個區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)。  程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

4.常量存儲區(qū)：存儲常量，如char *s="abcde"; 或者 const int i =10.程序結(jié)束釋放

5.程序代碼區(qū)存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進(jìn)制代碼。

【自由存儲區(qū)，這應(yīng)該是一個運行時存在的堆。就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，它和堆是十分相似的，不過它是用free來結(jié)束自己的生命的。  ——嚴(yán)格的說，棧也是屬于自由儲存區(qū)，在中、小模式下，自由存儲區(qū)包括棧、近堆和遠(yuǎn)堆，其中棧和近堆共用一片區(qū)域（它們一般和一個代碼段在一起構(gòu)成64K），兩者生長的方向相反（所以可能會相交產(chǎn)生錯誤），在大數(shù)據(jù)存儲模式下（如large,huge,   compact)，已無近堆概念，只有遠(yuǎn)堆，樓上已經(jīng)提及?！? 
   
  另外，自由存儲區(qū)的大小可以在編譯時指定，比如在TC3環(huán)境下，默認(rèn)大小是64K。  
   
  這樣，考慮一個較小的程序（假如代碼段只有10K），在小內(nèi)存模式下，另64-10=54K用于近堆和棧，而遠(yuǎn)堆大小僅為   （默認(rèn)自由區(qū)大小64K）-54K=10K，   （可以看出遠(yuǎn)堆并不一定很大）。我曾經(jīng)在小內(nèi)在模式下使用farmalloc,   但分配經(jīng)常失敗，就是這個原因。（改默認(rèn)為128K就OK了）  

在函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配內(nèi)存的函數(shù)分配得到的就是在堆上。在所有函數(shù)體外定義的是全局量，加了static修飾符后不管在哪里都存放在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）,在所有函數(shù)體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用，在函數(shù)體內(nèi)定義的static表示只在該函數(shù)體內(nèi)有效。另外，函數(shù)中的"adgfdf"這樣的字符串存放在常量區(qū)。
　　例子:
　　#include <iostream>
　　using namespace std;
　　int global = 100; //全局/靜態(tài)區(qū)
　　const int N = 10; //常量區(qū)
　　int main()
　　{
　　  static int a = 0; //全局/靜態(tài)區(qū)
　　  char arr[100]=\"test\";//arr分配在棧上，\"test\"分配到常量區(qū)，還有一個副本在棧上
　　  char *s = \"abcde\";//s分配在棧上，\"abcde\"分配在常量區(qū)
　　  char*str = NULL; //str分配在棧上
　　  str = new char[10];//str所指向的空間分配在堆上
　　  delete []str;
　　  return 0;
　　}

二：堆和棧的理論知識

2.1申請方式
棧stack:
由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間 。

堆heap:
需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc（）函數(shù)
如char* p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如char* p2 = new char[10];  

但是注意p1、p2本身是在棧中的。另外，記得在用new申請內(nèi)存后，不用時用delete []p2刪除，不然，對系統(tǒng)會造成影響！用malloc分配的內(nèi)存只能用free刪除.  

2.2
申請后系統(tǒng)的響應(yīng)
棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報異常提示棧溢出。
堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

2.3申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也可能是1M，它是一個編譯時就確定的常數(shù)），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小
。
堆：堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

2.4申請效率的比較：
棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。
堆是由new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進(jìn)程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

2.5堆和棧中的存儲內(nèi)容
棧：在函數(shù)調(diào)用時，第一個進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。
當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。
堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

2.6存取效率的比較

char s1[] = \"a\";

char *s2 = \"b\";

a 是在運行時刻賦值的；而 b 是在編譯時就確定的；但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?( 例如堆 ) 快。比如：
void main()
{
  char a = 1;
  char c[] = "1234567890";
  char *p ="1234567890";
  a = c[1];
  a = p[1];
  return;
}

對應(yīng)的匯編代碼

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

第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據(jù)
edx讀取字符，顯然慢了。

2.7小結(jié)：
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出：
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

堆和棧的主要區(qū)別由以下幾點：

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：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生 memory leak 。

空間大?。阂话銇碇v在 32 位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到 4G 的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在 VC6 下面，默認(rèn)的?？臻g大小是 1M 。當(dāng)然，這個值可以修改。

碎片問題：對于堆來講，頻繁的 new/delete 勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進(jìn)后出的隊列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個內(nèi)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(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細(xì)的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。

分配方式：堆都是動態(tài)分配的 ，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有 2 種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由 malloca 函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實現(xiàn) 。

分配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是 C/C++ 函數(shù)庫提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) / 操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會分到足夠大小的內(nèi)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(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，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，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。

無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因為越界的結(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié)果。

三.new/delete 與 malloc/free 比較

從 C++ 角度上說，使用 new 分配堆空間可以調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)，而 malloc() 函數(shù)僅僅是一個函數(shù)調(diào)用，它不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，它所接受的參數(shù)是一個 unsigned long 類型。同樣， delete 在釋放堆空間之前會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，而 free 函數(shù)則不會。

class Time{

public:

    Time(int,int,int,string);

    ~Time(){

       cout<<“destructor of: "<<name<<endl;

    }

private:

    int hour;

    int min;

    int sec;

    string name;

};

Time::Time(int h,int m,int s,string n){

hour=h;

min=m;

sec=s;

name=n;

cout<<"constructor of: "<<name<<endl;

}

int main(){

Time *t1;

t1=(Time*)malloc(sizeof(Time));

free(t1);

Time *t2;

t2=new Time(0,0,0,\"t2\");

delete t2;

system(\"PAUSE\");

return EXIT_SUCCESS;

}

結(jié)果：

constructor of: t2

destructor of: t2

從結(jié)果可以看出，使用 new/delete 可以調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)，并且示例中調(diào)用的是一個非默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。但在堆上分配對象數(shù)組時，只能調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，不能調(diào)用其他任何構(gòu)造函數(shù)