堆和栈的区别（经典转载）

 

一、预备知识—程序的内存分配

 

  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。
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。   -   程序结束后由系统释放。
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";       // 123456/0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");   
    // 123456/0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   =   new   char[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块内存，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。堆中的具体内容由程序员安排。  

 

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，再根据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。   (经典！)