内存分配、C++变量的生命周期和作用域

1.内存分配

　　 程序的内存分配有以下几个区域：堆区、栈区、全局区、程序代码区，另外还有文字常量区。

　　栈区 ——存放局部变量，即由auto修饰的变量，一般auto省略。由编译器自动分配释放。局部变量定义在函数体内，且无static修饰。当程序执行进入函数后 ，才为变量分配存储空间。当退出函数后，自动释放分配的空间。

　　 堆区 ——程序员要分配和释放的空间，就是new分配的内存块，编译器不参与管理这块内存的分配和释放。如果在函数内部new指针和申请内存的话，在函数内部不delete释放的话，在函数外部由于作用域的问题也不能进行释放，就会造成内存泄漏。

　　 全局区（静态区） ——存储全局变量和静态变量。全局变量，其他文件中要使用必须用extern 关键字声明要引用的全局变量。静态变量分为静态局部变量和静态全局变量，都用static声明。

程序代码区 ——存放函数体的二进制代码。

堆和栈主要的区别体现在管理方式不同、空间大小不同、能否产生碎片不同、生长方向不同、分配方式不同、分配效率不同。（来源：《C++内存管理》）

（1）管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。

（2）空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小记忆中是1M。

（3）碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出。

（4）生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

（5）分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

（6）分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

2.C++变量的生命周期

　　全局变量、静态全局变量、静态局部变量——程序运行期一直存在。

　　局部变量——在局部作用域内有效，即程序执行时进入对应函数后，才为变量分配存储空间，退出该函数后，自动释放分配的空间。

3.C++变量的作用域

　　全局变量——全局作用域，在一个源文件定义，可用于所用原文件。其他文件使用要先做extern关键字声明。

　 静态全局变量——在本定义的文件中有效。

　　静态局部变量——局部作用域。

　　局部变量——局部作用域。