堆、栈的区别

╰半夏微凉° 2022-08-02 04:48 114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。   \} ###

**三、堆、栈在各方面的差异**

### （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][Link 1]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][malloc]**

**如p1 = (char \*)malloc(10);**

**在C++中用new运算符**

**如p2 = new char\[10\];//(char \*)malloc(10);**

**但是注意p1、p2本身是在栈中的。**

### （2）申请响应 ###

**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][Link 2]。**

**堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲[内存地址][Link 3]的[链表][Link 4]，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][Link 4]中。**

### （3）申请限制 ###

**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][Link 4]来存储的空闲[内存地址][Link 3]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][Link 5]。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。**   
**（4）效率比较**

**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][Link 6],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,而是直接在进程的[地址空间][Link 7]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**

### （5）存储内容 ###

**栈： 在函数调用时，在大多数的C[编译器][Link 8]中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的[局部变量][Link 1]。注意[静态变量][Link 9]是不入栈的。**

**当本次[函数调用][Link 10]结束后，局部变量先[出栈][Link 11]，然后是参数，最后栈顶[指针][Link 12]指向函数的返回地址，也就是[主函数][Link 13]中的下一条指令的地址，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。**

### （6）存取比较 ###

**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][Link 14]比[指针][Link 12]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][Link 15]cl中，而第二种则要先把[指针][Link 12]值读到edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。**

### 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。**

[Link 1]: http://baike.baidu.com/view/552847.htm
[malloc]: http://baike.baidu.com/view/1213621.htm
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/2061755.htm
[Link 3]: http://baike.baidu.com/view/404417.htm
[Link 4]: http://baike.baidu.com/view/549479.htm
[Link 5]: http://baike.baidu.com/view/976.htm
[Link 6]: http://baike.baidu.com/view/2353026.htm
[Link 7]: http://baike.baidu.com/view/1507129.htm
[Link 8]: http://baike.baidu.com/view/487018.htm
[Link 9]: http://baike.baidu.com/view/675642.htm
[Link 10]: http://baike.baidu.com/view/2369016.htm
[Link 11]: http://baike.baidu.com/view/346791.htm
[Link 12]: http://baike.baidu.com/view/159417.htm
[Link 13]: http://baike.baidu.com/view/2052719.htm
[Link 14]: http://baike.baidu.com/view/209670.htm
[Link 15]: http://baike.baidu.com/view/6159.htm