堆和栈的区别(转过无数次的文章)

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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。

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。
    // 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。
    strcpy(p1, "123456");
}

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
  • 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

    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

: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。

: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

: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:

由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

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

: 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。

: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!)


堆和栈的区别TABE的博客-CSDN博客_堆和栈

堆和栈主要有以下几点不同:

1. 申请方式
栈:申请栈空间时不需要指明大小。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。

堆:申请堆空间时需要指明大小。例如,C中的malloc函数p1 = (char *)malloc(10)。C++中的new运算符p2 = new char[10]。但是p1、p2本身是在栈中的。

2. 分配方式
栈:栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。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:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到malloc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. 空间大小
栈:linux下默认的栈空间大小是8M或10M。

堆:堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存(虚拟内存中还有一部分空间要留给内核)。针对 Linux 操作系统而言,最高的1G 字节(从虚拟地址 0xC0000000 到 0xFFFFFFFF)由内核使用,称为内核空间。而较低的 3G 字节(从虚拟地址 0x00000000 到 0xBFFFFFFF)由各个进程使用,称为用户空间。

4. 存储内容
栈:存放局部变量、函数参数。存放在栈中的数据只在当前函数及下一层函数中有效,一旦函数返回了,这些数据也就自动释放了。

堆:堆中的具体内容可以通过程序员安排。

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