C++:堆与栈区别

C++中堆和栈的区别，自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区       
文章来自一个论坛里的回帖，哪个论坛记不得了！  

    在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态
存储区和常量存储区。  
    栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量
的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。  
    堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应
用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，
那么在程序结束后，操作系统会自动回收。  
    自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，
不过它是用free来结束自己的生命的。  
    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，在以前的
C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的（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与静态变量在相邻的另一块区域，同时未被
初始化的对象存储区可以通过void*来访问和操纵，程序结束后由系统自行释
放），在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。  
    常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许
修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多）  
明确区分堆与栈  
    在 bbs 上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者
对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。  
    首先，我们举一个例子：  
    void f() { int* p=new int[5]; }   
    这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们
分配了一块堆内存，那么指针p呢？他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。在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，他在VC6下的汇编代码如下：  
    00401028   push        14h  
    0040102A   call        operator new (00401060)  
    0040102F   add         esp,4  
    00401032   mov         dword ptr [ebp-8],eax  
    00401035   mov         eax,dword ptr [ebp-8]  
    00401038   mov         dword ptr [ebp-4],eax  
    这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p
么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数
组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。  
    好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？   
    主要的区别由以下几点：  
    1、管理方式不同；  
    2、空间大小不同；  
    3、能否产生碎片不同；  
    4、生长方向不同；  

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    5、分配方式不同；  
    6、分配效率不同；  
    管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆
来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。  
    空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角
度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间
大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。
当然，我们可以修改：      
    打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中
选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。  
注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设
置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。  
    碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，
从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因
为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内
存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细
的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。  
    生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方
向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。  
    分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静
态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配
由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由
编译器进行释放，无需我们手工实现。  
    分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：
分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈
的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分
配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系
统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是
由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这
样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。  
    从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造
成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态
和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广
泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，
EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用
堆。  
    虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大
量的内存空间，还是用堆好一些。  
    无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因
为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的
结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说
不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）  
    对了，还有一件事，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，
呵呵，清楚了？  

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static用来控制变量的存储方式和可见性  
    函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上分配
空间，函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉，这样就产生了一个
问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时，如何实现？ 最容易想
到的方法是定义一个全局的变量，但定义为一个全局变量有许多缺点，最明显的
缺点是破坏了此变量的访问范围（使得在此函数中定义的变量，不仅仅受此 函
数控制）。  

需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,
即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。  

static的内部机制：  
    静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被
调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。这样，它的空间
分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是
类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的main（）函数
前的全局数据声明和定义处。  
    静态数据成员要实际地分配空间，故不能在类的声明中定义（只能声明数据
成员）。类声明只声明一个类的“尺寸和规格”，并不进行实际的内存分配，所
以在类声 明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义，因
为那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义。  
    static被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空
间，静态  
数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌
套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。  

static的优势：  
    可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态
数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，
但它的 值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存
取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。引用静态数据成员时，采用如下
格式：  
    <类名>::<静态成员名>  
    如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，
按上述格式  
来引用静态数据成员。  

ps:  
    (1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，
这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。  
    (2)不能将静态成员函数定义为虚函数。  
    (3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少
有些特殊，变量地址是指向其数据类型的指针 ，函数地址类型是一个
 “nonmember函数指针”。  
    (4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，

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结果就产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将
c++和c-based x window系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。  
    (5)static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成
员的访问时间，节省了子类的内存空间。  
    (6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。  
    (7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。  
    (8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:  
    初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相
混淆；  
    初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等；  
    初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；  
    所以我们得出静态数据成员初始化的格式：  
    <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>  
    (9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以
屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但
我们有 重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用
了一种绝妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的标志。  

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 【转】全局变量静态变量  

static 声明的变量在C语言中有两方面的特征：  
    1)、变量会被放在程序的全局存储区中，这样可以在下一次调用的时候还可
以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。  
    2)、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一
点是它与全局变量的区别。  
Tips:  
    A.若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变
量，以降低模块间的耦合度；  
B.若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变
量，以降低模块间的耦合度；  
C.设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要
考虑重入问题；  
 D.如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static
变量(这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数)  
E.函数中必须要使用static变量情况:比如当某函数的返回值为指针类型时，则
必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。  

函数前加static使得函数成为静态函数。但此处“static”的含义不是指存储
方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。使用内部函
数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与
其它文件中的函数同名。  

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扩展分析:术语static有着不寻常的历史.起初，在C中引入关键字static是为
了表示退出一个块后仍然存在的局部变量。随后，static在C中有了第二种含
义：用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。为了避免引入新的关键字，
所以仍使用static关键字来表示这第二种含义。最后，C++重用了这个关键字，
并赋予它与前面不同的第三种含义：表示属于一个类而不是属于此类的任何特定
对象的变量和函数(与Java中此关键字的含义相同)。  

全局变量、静态全局变量、静态局部变量和局部变量的区别  
变量可以分为：全局变量、静态全局变量、静态局部变量和局部变量。  
  按存储区域分，全局变量、静态全局变量和静态局部变量都存放在内存的静态
存储区域，局部变量存放在内存的栈区。  
 按作用域分，全局变量在整个工程文件内都有效；静态全局变量只在定义它的
文件内有效；静态局部变量只在定义它的函数内有效，只是程序仅分配一次内存，
函数返回后，该变量不会消失；局部变量在定义它的函数内有效，但是函数返回
后失效。  
全局变量(外部变量)的说明之前再冠以static 就构成了静态的全局变量。全局
变量本身就是静态存储方式， 静态全局变量当然也是静态存储方式。 这两者在
存储方式上并无不同。这两者的区别虽在于非静态全局变量的作用域是整个源程
序， 当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都
是有效的。 而静态全局变量则限制了其作用域， 即只在定义该变量的源文件内
有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域
局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用， 因此可以避免在其它源
文件中引起错误。  
    从以上分析可以看出， 把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方
式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域， 限
制了它的使用范围。  

    static函数与普通函数作用域不同。仅在本文件。只在当前源文件中使用
的函数应该说明为内部函数(static)，内部函数应该在当前源文件中说明和定
义。对于可在当前源文件以外使用的函数，应该在一个头文件中说明，要使用这
些函数的源文件要包含这个头文件  

  static全局变量与普通的全局变量有什么区别：static全局变量只初使化一
次，防止在其他文件单元中被引用;  
  static局部变量和普通局部变量有什么区别：static局部变量只被初始化一
次，下一次依据上一次结果值；  
  static函数与普通函数有什么区别：static函数在内存中只有一份，普通函
数在每个被调用中维持一份拷贝  
  全局变量和静态变量如果没有手工初始化，则由编译器初始化为0。局部变量
的值不可知。  

堆和栈 内存分配中堆栈和堆有什么区别呀？

对了!这就是说动态分配内存时我们采用了 Heap,

 静态时就可以使用stack。

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  VCL 的对象因此必须使用new 来分配内存，

  TForm   form；这样的写法在VCL 中绝对不允许。

  下面    Copy   paste 一下

  所有的 VCL 对象都通过指针进行引用。C++                  Builder 中不存在任何VCL 类的任何静态或局部实例，从

表面上看，这主要与VCL 是从Object             Pascal 演变而来有关，而真正的深层次原因是由面向对象技术的关

联与委托模型决定的。

        基于性能和内存高效分配的原因，在堆(heap)中分配对象比在栈(stack)中分配对象的效率要高。

因此，Delphi 最大限度地简化了语言的语法，强制用户必须在堆中分配对象。因为 Pascal 的高度机构性，

程序员所面临的指针问题比C++要简单得多。VCL 对象的构造函数自动在堆中分配对象而不需要指针的参

与。对于程序员来说，没有复杂指针的 Delphi 确实好用，但程序员必须记住，没有指针事实上意味着指针

无处不在——Delphi  根本就不允许程序员创建任何一个非指针的对象！注意，所有的其他数据类型，诸如

字符串、整数、数组和结构（记录）等，都可以生命为静态的或动态的，此项限制仅适用于对象。

                                        例如以下代码：

                                        var

                                           T:   ^TObject;

                                        begin

                                           T   :=   New(TObject,   Create);

                                           ........

                                           T^.Free;

                                        end;

      上述代码在 Delphi 中是不可能编译通过的。但它事实上就是 Delphi 处理对象的方式。Delphi 对对

象声明语法的简化使程序员使用起来更简单。上述代码应改为：

                                        var

                                           T:   TObject;

                                        begin

                                           T   :=   TObject.Create;

                                           .....

                                           T.Free;

                                        end;

        上述两段代码并不相同，按照程序员对C++的理解，它们不应该生成相同的机器码。但事实上，

要是前一段代码在 Delphi 中能够编译通过的话，它们的机器码是完全相同的。

    union 和 struct 的区别
      union UTest          {
                                 double  dlOne;
                                char     chOne;
                                byte     bArray[4];
                           };

             好了，看到上面的定义，很像 struct 的定义，但是对于union 来说，有几点是值
得注意的：不能直接对其进行初始化；某个时候只能使用其中的一个元素；最后一点也是最

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重要的一点就是内存共享，分配给 union  内存的Size 是其中 Size 最大的那个元素的 Size。
说到这里，既然union 最重要的是内存共享，那么我们做如下定义：union UTest tEle;然后赋
值：tEle.dlOne = 2.0f;现在是 dlOne 可用，下一步：tEle.chOne = 'A'；到这里dlOne 失去了其
意义，chOne 变得可用。

           然后，我们再来看看 Struct，在struct 中每一个元素都是分配内存的，而且都是
有单独意义的，也就是说对一个变量的赋值并不影响其它变量的取值。到这里，各位应该明
白这两者之间的区别了吧，事实上我个人认为，它们最主要的区别是在内存的分配和使用上。
知道这一点，一切也就不难理解了。

           最后，在使用 union     的时候，可能有时候我们会来用其来对字节流进行分解和
重组，这样使用的时候一定要注意各种内存对数据的存储，比如 Intel  是按高高低低的原则
存储的，有些则是相反的。因此，这点因该值得注意，否则得到的可能和预期的结果不一样。

   举例：使用union 结构输出主机字节序

   int main ( void ) { union { short s; char c[sizeof(shor)]; }un; un.s = 0x0102; printf ( "%s:",
CPU_VENDOR_OS     );  if  (  2==sizeof(short)  )  { if  (  1==un.c[0]  &&  2==un.c[1])  {  printf
(   "big-endian\n"   );   }   else   if   (   2==un.c[0]   &&   1==un.c[1]   )   {   printf   (   "little-endian\n"   );   }   else
{ printf ( "unknown\n" ); } } else { printf ( "sizeof(short) = %d\n", sizeof(short) ); } return 0; }

   本   文    来   自     CSDN    博    客   ，    转   载    请   标   明    出   处    ：
http://blog.csdn.net/lvyexiaozi/archive/2008/07/07/2621694.aspx

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。 - 程序结束后有系统释放
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
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。
}

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,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。

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 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，在根据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。
堆和栈的区别主要分：
操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。
还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。
虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因。