堆、栈的区别

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-08-03 16:59 7阅读 0赞

**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**。

**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：**存放函数体的二进制代码。

**二、例子程序**

//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所指向的"123456"优化成一个地方。 
    }

**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：**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：**

#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\[1\];  
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：**

1、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。

2、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。

本文转载自：http://www.cppblog.com/oosky/archive/2006/01/21/2958.html

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