C/C++堆和棧的區(qū)別-創(chuàng)新互聯(lián)

一、預備知識—程序的內存分配
一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分

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1、棧區(qū)(stack)— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧。

2、堆區(qū)(heap)— 由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。

3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)— 全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結束后由系統(tǒng)釋放。

4、文字常量區(qū) — 常量字符串就是放在這里的，程序結束后由系統(tǒng)釋放 。

5、程序代碼區(qū) — 存放函數(shù)體的二進制代碼。

二、例子程序
這是一個前輩寫的，非常詳細

//main.cpp

int a = 0; 全局初始化區(qū)

char *p1; 全局未初始化區(qū)

main()

{

int b; 棧

char s[] = "abc"; 棧

char *p2; 棧

char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區(qū)，p3在棧上。

static int c =0; 全局(靜態(tài))初始化區(qū)

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

}

分配得來的10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。

strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。

堆和棧的理論知識
1.申請方式
stack:

由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間

heap:

需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù)

如p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new運算符

如p2 = new char[20];//(char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.申請后系統(tǒng)的響應
棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。

堆：首先應該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

3.申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是一塊連續(xù)的內存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５拇笕萘渴窍到y(tǒng)預先規(guī)定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M(也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數(shù))，如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結構，是不連續(xù)的內存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4.申請效率的比較
棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內存碎片,不過用起來最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧,而是直接在進程的地址空間中保留一塊內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活

5.堆和棧中的存儲內容
棧： 在函數(shù)調用時，第一個進棧的是主函數(shù)中函數(shù)調用后的下一條指令(函數(shù)調用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。

當本次函數(shù)調用結束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。

堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

6.存取效率的比較
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;

但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(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;

}

對應的匯編代碼

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

第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。

7.小結：
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出：

使用棧就象我們去飯館里吃飯，只管點菜(發(fā)出申請)、付錢、和吃(使用)，吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

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