C++ 程序员必经之路 —— 堆、栈

本文内容非原创：自己做笔记和分享用。

内存分配方式：

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 

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。    strcpy(p1,"123456");        //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所向"123456"优化成一个地方。}

堆栈理论知识：

1.申请方式

栈——由系统自动分配和释放。

堆——由开发人员自己申请，并需要指明申请大小。 在c中使用 malloc 函数，在 c++ 中使用 new 运算符。

           如：p1=(char*)malloc(10);  // 注意 p1 本身是在栈里的，但它指向的内存是开辟在堆里的。需要把指针变量和指针变量所指向的变量区分开来！！！

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.申请大小限制（堆栈的大小）

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（溢出）。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.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 Virtual Alloc 分配内存，他不是在堆，也不是在栈，而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。

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。

6.存储效率的比较

栈——由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆——

char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；

而bbbbbbbbbbbbbbbbb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]; 

004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh] 

0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl 

11:a=p[1]; 

0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h] 

004010708A4201moval,byteptr[edx+1] 

004010738845FCmovbyteptr[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。

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。