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  • 堆/栈的比较 以及 malloc/new动态内存的开辟

    堆与栈的比较:
    1.申请方式
    (1)栈(satck):由系统自动分配。
    (2)堆(heap):需程序员自己申请(c:调用malloc,realloc,calloc申请 free 来释放),并指明大小,并由程序员进行释放。容易产生内存泄漏.


    2.申请大小的限制
    (1)栈:在windows下栈是向底地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域(它的生长方向与内存的生长方向相反)。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。
    (2)堆:堆是高地址扩展的数据结构(它的生长方向与内存的生长方向相同),是不连续的内存区域。这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由底地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。


    3.系统响应:
    (1)栈:只要栈的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。
    (2)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,但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free语句才能正确的释放本内存空间。另外,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。
    说明:对于堆来讲,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。


    4.申请效率
    (1)栈由系统自动在执行函数时分配的内存栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
    (2)堆是由malloc分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生碎片,不过用起来最方便,是在程序运行过程当中分配的内存。


    5.堆和栈中的存储内容
    (1)栈:在函数调用时,第一个进栈的主函数中后的下一条语句的地址,然后是函数的各个参数,参数是从右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注: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,程序由该点继续执行。
    (2)堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。


    6.分配方式:
    (1)堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。
    (2)栈有两种分配方式: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。它的动态分配是由编译器进行释放,无需手工实现。

    补充:
    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。

    C/C++在堆上动态分配内存的比较

     

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