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什么叫栈?什么叫堆?堆与栈的联系与区别
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作者:
苹果也疯狂
时间:
2015-1-9 19:56
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什么叫栈?什么叫堆?堆与栈的联系与区别
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(Text)—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"优化成一块。
}
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：
#I Nclude <...>
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。
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