浅谈操作系统栈和堆（区别与联系）

操作系统栈和堆

地址空间布局：


栈：

        执行期间编译器自动分配，编译器用它实现函数调用，调用函数时，栈增长，函数返回时，栈收缩。局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等放在栈中

栈的特点

1. 内存分配取决于编译器，用户栈在程序运行期间可以动态的扩展和收缩。
2. 和数据结构中的“栈”本质上是不一样的，但是操作方式类似于栈。
3. 数据从栈中的进出满足“后进先出”的规律。
4. 栈向低地址方向增长，esp（栈指针）指向栈顶元素。

堆：

        动态储存器分配器维护着的一个进程的虚拟存储器区域。一般由程序员分配释放（堆在操作系统对进程初始化的时候分配），若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，每个进程，内核都维护着一个变量brk指向堆顶。

堆的特点

1. 内存分配取决于程序员，C/C++可以手动释放该片内存。
2. 和数据结构的”堆“完全两回事，没有半点关系，在这里堆的结构更像链表。
3. 所有的对象，包括数组的对象都存在堆上。
4. 堆内存被所有的线程共享。
5. 引用类型总是放在堆中。
6. 堆向高地址方向增长，内核都维护的变量brk指向堆顶。

注意：值类型和指针总是放在他们被声明的地方（复杂）
当值类型的数据在方法体内被声明时，它们都应该放在栈上。
如果一个只类型被声明在方法体外且存在于一个引用类型中，那么它将会被堆里的引用类型所取代。

全局区/静态区：

        全局变量、静态变量、常量的存储区域，程序终止时系统释放。

文字常量区：

        存放常量字符串，程序结束后由系统释放。

程序代码区：

        存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

实例

int a = 0;        //全局初始化区
char *p1;       //全局未初始化区
void main()
{
    int b;          //栈
    char s[] = "123";  //栈
    char *p2;       //栈
    char *p3 = "sdfghhj"; //其中，“sdfghhj”常量区，p3在栈区
    static int c = 0; //全局区
    p1 = (char*)malloc(10);   //10个字节区域在堆区
    strcpy(p1,"sdfghhj");    //"sdfghhj"在常量区，编译器可能会优化p1和p3指向同一块区域

}

栈和堆的区别：

1. 栈内存存储的的是局部变量，堆内存存储的是实体。
2. 栈内存的更新的速度会更快些（局部变量），堆内存的更新速度相对更慢。
3. 栈内存的访问直接从地址读取数据到寄存器，然后放到目标地址，而堆内存的访问更麻烦，先将分配的地址放到寄存器，在读取地址的值，最后再放到目标文件中，开销更大。
4. 栈内存是连续的空间，堆内存一般情况不是连续的，频繁地开辟空间，释放空间容易产生内存碎片（外碎片）。

栈和堆的联系：

        堆中对象是直接由栈中的句柄（引用）管理者，所以堆负责产生真实对象，栈负责管理对象。