堆与栈的区别

来源：互联网发布：阿里云栖大会2016 编辑：程序博客网时间：2024/06/06 19:35

要点

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分

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。
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。
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。
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。
程序代码区 — 存放函数体的二进制代码。
例子

    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，p1和p2在栈上，但指向了堆      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      }

数组指针与指针数组

    int c[4]={1,2,3,4};    int *a[4]; //指针数组    int (*b)[4]; //数组指针    b=&c;//数组指针指向数组首地址    //下面将数组c中元素赋给数组a    for(int i=0;i<4;i++)    {    a[i]=&c[i];    }    //输出看下结果    cout<<*a[1]<<endl; //输出2，因为a存放的是指针值，所以前面要用*取内容cout<<(*b)[2]<<endl; //输出3，b是一个指向数组的指针

　　常量指针与指针常量通过代码来体现这两点。
　　

    int a=10;    int b=12;    int const *p1=&a;//常量指针，指针所指向的内容不能改变    int *const p2=&a;//指针常量，指针本身不能改变    (*p1)++;//内容不能被改变，错误    (*p2)++;    p1=&b;    p2=&b;//指针本身不能被改变，错误

　　相对来说，栈对于程序员是透明的，因为栈的存放方式是先进后出的，而堆就是不确定性的，不好掌握。

1.内存类型

C/C++程序分配的内存类型有5种：
1.堆区
2.栈区
3.全局区(全局和静态变量存放在一起)
4.文字常量区
5.代码区
以上5种内存类型除堆区外，其他都有系统或编译器自动释放。
以下一些代码会表示那些变量存放在那个内存区的：

    int n=20;  //全局初始化区    int x;       // 全局未初始化区    void main(){         int cs[]="123";//栈区         int *p;    //栈区         int *p1="123";//p1栈区  "123"在常量区          static int y=2;//全局初始化区         char* ns=new char[10];         strcpy(ns,"1234");//"1234"在常量区，编译器可能会将它与p1指向的"123"优化在一个地方}

上面这一段代码呢就是在代码区了。

堆栈的区别：

堆/栈申请系统响应空间限制效率栈系统自动分配如果剩余空间大于申请空间就提供，否则提示溢出 win(VS)2M 系统分配，速度快堆 new/malloc 遍历空闲内存链表，寻找最近一个适合大小的由有效的虚拟内存决定程序员申请，不如栈快

2.堆和栈的申请方式

栈中的内存是由系统自动分配，并释放。
int n=0;
堆中的内存是由程序员手动分配并释放。
int* p=new int(10);
delete p;
虽然p指向的是堆区，但是其本身是在栈区的;

3.申请后系统响应

　　栈区：只要系统剩余栈区内存大于申请内存的大小就为程序提供内存，否则就报异常提示栈溢出。
　　堆区：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统受到程序的申请时，遍历整个链表寻找第一个空间大于所申请的空间大小，然后将改点从链表中删除，将该节点的地址分配给程序。一般情况下，会在这块内存的首地址记录这块内存的大小，以供delete正确释放空间。另外，如果得到的空间大于申请的空间，系统将会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

4.申请大小限制

　　栈区：在WIN下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域，也就是说，栈区首地址和栈的最大容量都是由系统预先规定好的。在WIN下栈的大小是2M，如果申请的空间超过2M 就会报栈溢出的异常
　　堆区：相比栈区，堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存。这是由于系统使用链表来储存空闲内存的地址，所以不是连续的。但是链表的遍历方向是和栈一样的，从低地址向高地址。堆的大小受限于系统中有效的虚拟内存。所以，堆获得的空间比较灵活也比较大。

5.申请的效率

　　栈是由系统分配的，速度快，但是程序员无法控制。
　　堆是new或malloc申请分配的内存，相比栈，速度慢，且容易产生内存碎片，不过对于程序员是透明的。
　　还有一种申请内存的方式是VirtualAlloc,它是WinAPI ,其功能是在调用进程的虚拟空间。不在堆栈，在进程的地址空间保留一份内存，虽灵活速度，但是不方便。

6.堆栈的存储内容

　　栈：在函数调用时，第一个入栈的是主函数调用语句的吓一跳可执行语句的地址，然后是函数内的参数，一般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，静态变量是不入栈的，根据栈的特性是先进后出，依次出栈的顺序是：局部变量，参数，最后是栈顶指针指向最开始存的地址（主函数的下一条指令），系统由改点继续运行。
　　堆：相比栈，堆的头部会存放内存的大小，内容由程序员决定，相对比较自由。
7.存取效率的比较

    char cs[]="1234" ;               char *ps= new char[5];              strcpy(ps, "1234");               char a=0;              a=cs[1];              a=ps[1];    /＊              a=cs[1];    010782B7  mov         al,byte ptr [ebp-0Fh]     010782BA  mov         byte ptr [ebp-25h],al               a=ps[1];    010782BD  mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch]     010782C0  mov         cl,byte ptr [eax+1]     010782C3  mov         byte ptr [ebp-25h],cl  ＊/

　　由此可见那个效率快一点了。
　　代码是最好的见证，a=cs[1] 是直接把字符读到寄存器al的，而 a=ps[1]是先把字符读到eax,然后再从eax读字符，显然慢一点。
　　小结：栈和堆的关系就像你自己做饭和到饭店吃饭一样
堆：自己买菜，摘菜，洗菜，做菜，洗完，打扫卫生.比较繁琐，但我想吃什么就吃什么。自由！
栈：去饭店吃饭。吃完付钱，走人。比较省事，但是如果厨师把菜做咸了，你也得吃！！

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