栈内存和堆内存的区别（一个笔试题的一部分）

笔试题目：请解释一个栈内存与一个堆内存的区别，请分析下面代码运行是否有问题，如果有问题请改正。

char* GetMemory(void)

{

     char p[] = "Hello world";

     return p;

}

void main(void)

{

     char* str = GetMemory();

     printf(str);

}

先看第一个问题：栈内存和堆内存的区别

1. 程序的内存分配

             栈（stack）：有编译器自动分配和释放，存放函数的参数、局部变量、临时变量、函数返回地址等；

            堆（heap）：一般有程序员分配和释放，如果没有手动释放，在程序结束时可能由操作系统自动释放（？这个可能针对java那样的有回收机制的语言而说的，对于c/c++,这样的必须要手动释放开辟的堆内存），稍有不慎会引起内存泄漏。

      2.申请后系统的响应

       栈：只要栈的剩余空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

       堆：在记录空闲内存地址的链表中寻找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的首地址出记录本次分配空间的大小，这样代码中的delete 才能正确释放本内存空间。系统会将多余的那部分重新空闲链表中。

     3、申请大小限制

     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。

   4、分配效率
   栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。 
   堆：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，不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活 
   5、存储内容

       栈：在栈中，第一个进栈的是主函数下一条指令的地址，然后是函数的各个参数，在大多数编译器中，参数是由右往左入栈，然后是函数中的局部变量。注意，静态变量不入栈。出栈则刚好顺序相反。

       堆：一般在堆的头部用一个字节存放堆的大小，具体内容由程序员安排。

根据《C++内存管理技术内幕》一书，在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆，栈，自由存续区，全局/静态存续区，常量存续区。

　　a) 栈：内存由编译器在需要时自动分配和释放。通常用来存储局部变量和函数参数。（为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回地址等存放在栈区）。栈运算分配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。

　　b) 堆：内存使用new进行分配，使用delete或delete[]释放。如果未能对内存进行正确的释放，会造成内存泄漏。但在程序结束时，会由操作系统自动回收。

　　c) 自由存储区：使用malloc进行分配，使用free进行回收。和堆类似。

　　d) 全局/静态存储区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，C语言中区分初始化和未初始化的，C++中不再区分了。（全局变量、静态数据、常量存放在全局数据区）

　　e) 常量存储区：存储常量，不允许被修改。

　　这里，在一些资料中是这样定义C++内存分配的，可编程内存在基本上分为这样的几大部分：静态存储区、堆区和栈区。他们的功能不同，对他们使用方式也就不同。

　　a)静态存储区：内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。它主要存放静态数据、全局数据和常量。

　　b)栈区：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。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。

　　c)堆区：亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在适当的时候用free或 delete释放内存。动态内存的生存期可以由我们决定，如果我们不释放内存，程序将在最后才释放掉动态内存。 但是，良好的编程习惯是：如果某动态内存不再使用，需要将其释放掉，否则，我们认为发生了内存泄漏现象。

　　图3 典型c++内存区域

　　总结：C++与C语言的内存分配存在一些不同，但是整体上就一致的，不会影响程序分析。就C++而言，不管是5部分还是3大部分，只是分法不一致，将5部分中的c)d)e)合在一起则是3部分的a)。

 

下面几段代码，则会让你有豁然明白的感觉：

void fn()

{ 

int* p = new int[5];

}

　　看到new，首先应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢? 它分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是:在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用 operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中。

　　注意：这里为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢? 是deletep么? NO，错了，应该是delete [ ] p，这是告诉编译器:删除的是一个数组。

//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。 
}

参考：

1、C++内存管理学习堆和栈 http://www.cnblogs.com/heyonggang/p/3250220.html

2、关于栈、堆、静态存储区最大可分配大小的探讨 http://www.kankanews.com/ICkengine/archives/9267.shtml

3、C++内存分配方式详解——堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区

4、堆内存和栈内存详解 http://qq164587043.blog.51cto.com/261469/49492