堆和栈的区别

ゝ一纸荒年。 2023-10-11 10:37 1阅读 0赞

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。   
    　　-程序结束后由系统释放。  
      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 
      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";   123456/0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   =   new   char[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块内存，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。堆中的具体内容由程序员安排。    
       
      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，再根据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。   (经典！)

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