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  • 堆(heap)和栈(stack)的区别

    来源:http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4141043

    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,呵呵。  
      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 
    #include"iostream"
    
      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。      
                                         
      }      

    三、堆和栈的理论知识
    3.1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。
    3.2 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。
    3.3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。
    3.4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。
    3.5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。
    3.6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!)

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