參考博客：https://blog.csdn.net/jing0611/article/details/4030237
在最開始的學習中，老師一直在說一個關於C++的話題。C++是一個極度追求性能的語言。
通過學習，這不是開玩笑，在我所學習的語言中，對內存的使用有如此的執着的“較真”也就是C++了。
因爲性能的緣故，一個內存不合理的分配，都可能在日後成爲一個隱患，成爲一個令人頭疼的BUG。所以最近想好好總結一下內存管理。我們在學習中也經常聽到棧溢出，內存泄漏等這些感覺很嚴重的問題。首先我們要搞清楚什麼是棧和什麼是堆。
棧和堆
首先要理解一個關鍵的問題。我們此時說的是內存分配中的棧和堆，不是在討論數據結構中的棧和二叉堆。我在之前學習操作系統的時候劃過一個圖，是關於Linux下操作系統程序地址空間的。中間還有棧區和堆區的分佈
從圖中可以看出基本分佈，內存中的棧區是處於高地址以地址的增長方向爲上，棧地址是向下增長的。從上往下，棧區是分配局部變量空間。堆區是從下往上，堆區的地址是向上增長的用於分配程序員申請的內存空間。
內存分配方式
內存分配方式有三種
從靜態存儲區域分配
內存在程序編譯的時候就已經分配好了，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。
例如全局變量，static靜態成員變量
在棧上創建
執行函數時，函數內部變量的存儲單位可以在棧上創建，函數執行結束時，這些存儲單元自動釋放。棧內存分配運算置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限
在堆上分配
也稱爲動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少內存，程序員自己負責在何時用free或delete來釋放這塊內存。動態內存的生命週期由程序員決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責任回收它，否則運行的程序會出現泄漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產生堆內碎塊。也就是我們常說的內存碎片。
程序內存空間
一個程序將操作系統分配給其運行的內存分爲4個區域
| 代碼區（code area） |
|---|
| 全局數據區（data area） |
| 堆區（heap area） |
| 棧區（stack area） |
棧區：由編譯器自動分配釋放，存放爲函數運行的局部變量，函數參數，返回數據，返回地址等。操作方式與數據結構中的類似。
堆區：一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。分配方式類似於鏈表
全局數據區：也叫做靜態區，存放全局變量，靜態數據。程序結束後由系統釋放
文字常量區：可以理解爲常量區，常量字符串存放這裏。程序結束後由系統釋放
程序代碼區：存放函數體的二進制代碼。但是代碼段中也分爲代碼段和數據段。
關於文字常量區
文字常量區，在大多數解釋中，都僅僅說明常量字符串存放這裏。但是如果深究字眼，那麼其他常量比如整型是否存放這裏呢？我查閱了一些資料，是這麼解釋的：常量之所以稱爲“文字常量”，其中“文字”是指我們只能以它的值的形式指代它，“常量”是指它的值是不可變的。同時注意一點：文字常量是不可尋址的（即我們的程序中不可能出現獲取所謂常量20的存儲地址&20這樣的表達式），雖然常量也是存儲在內存的某個地方，但是我們沒有辦法訪問常量的地址的。
還有就是我們都知道的常量是有類型的。所以總的來說，只要是常量都存放在文字常量區！！
程序例子
int a = 0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區
int main() {
int b; //棧
char s[] = /"abc/"; //棧
char *p2; //棧
char *p3 = /"123456/"; //123456//0在常量區，p3在棧上。
static int c =0;//全局（靜態）初始化區
p1 = new char[10];
p2 = new char[20];
//分配得來得和字節的區域就在堆區。
strcpy(p1, /"123456/"); //123456//0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的/"123456/"優化成一個地方。
}
堆與棧的區別
申請方式
stack：由系統自動分配。比如在函數運行中聲明一個局部變量int b = 10;，系統自動在棧中爲b開闢空間。
heap：需要程序員自己申請，並指明大小，在C中是有malloc函數，在C++中多使用new運算符
p1 = (char*)malloc(10);
p2 = new char[10];
此時的p1和p2是在棧中的
從C++角度上說，使用new分配堆空間可以調用類的構造函數，而malloc()函數僅僅是一個函數調用，它不會調用構造函數，它所接受的參數是一個unsigned long類型。同樣，delete在釋放堆空間之前會調用析構函數，而free函數則不會。
申請後系統的響應
stack：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出
heap：在操作系統中有一個記錄空閒內存地址的表，這是一種鏈式結構。它記錄了有哪些還未使用的內存空間。當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序。
對於大多數系統，會在這塊內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存空間。由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會將自動的多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。
申請大小的限制
stack：在WINDOWS中，棧是向下增長的，是一塊連續的區域。也就是說棧從棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的。棧的大小是2M。當超過這個內存之後，會報Overflow異常。所以棧能申請的空間較小。
heap：堆是向上增長的，向高地址遞增的，因爲它是一個用鏈表來存儲的空閒地址空間。自然是個不連續的內存區域。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。我們知道當我們玩網絡遊戲時，當虛擬內存不夠時我們會更改虛擬內存的大小。一般初始值爲512M，可以更大，所以堆能分配的區域是相當大的。
申請效率的比較
stack：由系統自動分配，速度較快，但是程序員不可控
heap：由new或者malloc申請的一塊新空間(內存)，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片，不過用起來方便。
在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是棧，而是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。
VirtualAlloc是一個Windows API函數，該函數的功能是在調用進程的虛擬地址空間,預定或者提交一部分頁。
堆和棧的存儲內容
stack：在函數調用中，第一個進棧的是主函數中後的第一個指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右向左入棧的，然後是函數中的局部變量。但是，靜態變量不入棧
當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。
heap：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的內容由程序員自己安排。
存取效率的比較
char s1[] = 'a';
char *s2 = 'b';
a是在運行時刻才賦值的；而b是在編譯時就確定的；但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(堆)快。
無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因爲越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果。
個人總結
堆和棧的分配區別在一下幾個方面
1、管理方式不同；
2、空間大小不同；
3、能否產生碎片不同；
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： 棧是在函數運行時，由系統自動分配；而堆是通過程序員自己調用malloc函數或者new運算符去申請一個需要的大小空間。
空間大小： 棧的空間大小並不大，一般最多爲2M，超過之後會報Overflow錯誤。堆的空間非常大，最大可到達4G，可操作的空間非常大。
能否產生碎片： 棧的操作與數據結構中的棧用法是類似的。‘後進先出’的原則，以至於不可能有一個空的內存塊從棧被彈出。因爲在它彈出之前，在它上面的後進棧的數據已經被彈出。它是嚴格按照棧的規則來執行。但是堆是通過new/malloc隨機申請的空間，頻繁的調用它們，則會產生大量的內存碎片。這是不可避免地。
生長方向： 棧的生長方向是由高地址向低地址增長，是自上而下的。堆的生長方向是由低地址向高地址增長，是自下而上的。
分配方式： 堆都是動態分配的，沒有靜態分配。但是棧有兩種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態分配由malloc函數實現，但是棧的動態分配和堆是不同的，它的動態分配是由編譯器進行和釋放，無需程序員進行操作。
分配效率： 棧是機器系統提供的數據結構，計算機底層對棧提供支持：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行。這就決定了棧有着很高的效率。堆需要通過C/C++的庫函數進行一個複雜的算法，在對內存中搜尋一個足夠大小的空間，如果沒有足夠的空間(內存碎片空間太多)，就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低的多。