C/C++ 堆和棧的區(qū)別

預(yù)備知識—程序的內(nèi)存分配

一個由C/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分

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(jié)構(gòu)中的棧。
2. • 堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回
     收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)束后由系統(tǒng)釋放
5. • 程序代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

例如:

#include "stdio.h"
int a = 0;//全局初始化區(qū) 
char *p1;//   全局未初始化區(qū)    
void main(void)    
{    
        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);    
        //分配得來得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

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)
  例如 p1 = (char *)malloc(10);
  在C++中用new運算符
  例如 p2 = new char[10];
  但是注意p1、p2本身是在棧中的。

申請后系統(tǒng)的響應(yīng)

• 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(nèi)存，否則將報異常提示棧溢 出。

• 堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)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(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表 中刪除，并將該結(jié)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(nèi)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(nèi)存空間。 另外，由于找到的堆結(jié)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。

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(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)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(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲 的空閑內(nèi)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(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

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 由new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)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(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是 直接在進(jìn)程的地址空間中保留一塊內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

堆和棧中的存儲內(nèi)容

• 棧： 在函數(shù)調(diào)用時，第一個進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)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(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)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(nèi)容由程序員安排。

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?biāo)赶虻淖址?例如堆)快。

例如:

#include "stdio.h" 
void main(void) 
{
    char    a    =   1; 
    char    c[]   =   "1234567890";
    char   *p    =   "1234567890";
    a    =   c[1];
    a   =   p[1];
    return;
}
對應(yīng)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，
第二種則要先把指針值讀到 edx中，再根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。

小結(jié)

• 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?nèi)ワ堭^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(zhǔn)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。