堆和栈的区别

一、程序的内存空间

一个典型的Linux C程序内存空间由如下几部分组成：

代码段（.text）。这里存放的是CPU要执行的指令。代码段是可共享的，相同的代码在内存中只会有一个拷贝，同时这个段是只读的，防止程序由于错误而修改自身的指令。

初始化数据段（.data）。这里存放的是程序中需要明确赋初始值的变量，例如位于所有函数之外的全局变量：int val=100。需要强调的是，以上两段都是位于程序的可执行文件中，内核在调用exec函数启动该程序时从源程序文件中读入。

未初始化数据段（.bss）。位于这一段中的数据，内核在执行该程序前，将其初始化为0或者null。例如出现在任何函数之外的全局变量：int sum;

堆（Heap）。这个段用于在程序中进行动态内存申请，例如经常用到的malloc，new系列函数就是从这个段中申请内存。

栈（Stack）。函数中的局部变量以及在函数调用过程中产生的临时变量都保存在此段中。

二、堆和栈的区别
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 = (char*)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2.2
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。

2.3申请大小的限制
栈：在Windows下和,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），linux中对栈有一个2G的上限。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。

下面对堆的解释是区别栈的一个重要部分：
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。

2.4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快内存，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
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。堆中的具体内容有程序员安排。

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 movcl,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 moval,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，在根据edx读取字符，显然慢了。

下面在笔者的基础上，我写了一段C语言代码：
1#include <stdio.h>                                                                                                    
2 #include <stdlib.h>
3 int main()
4 {
6         int *a=(int*)malloc(2*sizeof(int));
7         a[0]=9;
8         a[1]=90;
9         printf("%d%d/n",a[0],a[1]);
10         return 0;
11 }
~ 这段代码意在说明堆和栈的之间一些区别，经过gcc编译得到的相应的汇编语言如下：
1         .file  "duizhab.c"                                                                                             
2        .section        .rodata
3 .LC0:
4         .string "%d %d/n"
5         .text
6 .globl main
7         .type   main,@function
8 main:
9         leal   4(%esp), %ecx
10         andl    $-16,%esp
11         pushl   -4(%ecx)
12         pushl   %ebp
13         movl    %esp,%ebp
14         pushl   %ecx
15         subl    $36,%esp   ；分配栈后，esp向下移动了36个字节，也就是为程序腾出了36个字节的空间
16         movl    $8,(%esp)
17         call   malloc      ；这里调用了malloc函数，所使用的空间分配就是堆分配，所得到的分配的空闲存储区地址存放在eax中
18         movl    %eax,-8(%ebp)   ；将分配的存储地址存放到ebp后的八字节处，这里使用malloc所分配的空间并不再ebp到esp这个栈区内，而是另外开辟了空闲区域，而这个空闲区域就是堆
19         movl   -8(%ebp), %eax
20         movl    $9,(%eax) ；将9放到对应的所分配的堆空间处
21         movl   -8(%ebp), %eax
22         addl    $4,%eax    ；
23         movl    $90,(%eax) ；将90存放到所分配的堆空间，位置在9之上，即，堆存放数据是按照从低到高的顺序进行存储的
24         movl   -8(%ebp), %eax
25         addl    $4,%eax
26         movl   (%eax), %edx
27         movl   -8(%ebp), %eax
28         movl   (%eax), %eax
29         movl    %edx,8(%esp)
30         movl    %eax,4(%esp)
31         movl   $.LC0, (%esp)
32         call   printf
33         movl    $0,%eax
34         addl    $36,%esp
35         popl    %ecx
36         popl    %ebp
37         leal   -4(%ecx), %esp
38         ret
39         .size   main,.-main
40         .ident "GCC: (GNU) 4.2.4(Ubuntu 4.2.4-1ubuntu4)"
41        .section       .note.GNU-stack,"",@progbits    

2.7增长方向

堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着
内存地址减小的方向。
2.8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。