堆和栈的区别

 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。
  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。  
   

   这里的堆实际上是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第一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据结构。

   
  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，是为了函数调用完成之后，返回该地址继续执行）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";       //局部数组是局部变量，所对应的是内存中的栈；（可修改）
  char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";      //全局数组是全局变量，所对应的是内存中的全局区域；（只读）
  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！) 

 

  转自：http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4141043/