堆：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。我們常說的內(nèi)存泄露，最常見的就是堆泄露（還有資源泄露），它是指程序在運行中出現(xiàn)泄露，如果程序被關(guān)閉掉的話，操作系統(tǒng)會幫助釋放泄露的內(nèi)存。

    棧：在函數(shù)調(diào)用時第一個進(jìn)棧的主函數(shù)中的下一條指令（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，然后是函數(shù)中的局部變量。  

一、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，呵呵。
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)束后有系統(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。

有些說法，把3，4合在一起，也有的把3分成自由存儲區(qū)（malloc/free）和全局/靜態(tài)存儲區(qū)。
這與編譯器和操作系統(tǒng)有關(guān)。

例子程序
這是一個前輩寫的，非常詳細(xì)
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區(qū)
char *p1; 全局未初始化區(qū)
main()
{
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。
}

二、堆和棧的理論知識

2.1申請方式
棧：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
堆：需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù)
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2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。

2.3申請大小的限制
    棧：在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?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(kuò)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(jī)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。

2.4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。
    堆是由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快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

2.5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)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)容有程序員安排。

2.6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。
比如：
＃i nclude
void main()
{
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，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據(jù)edx讀取字符，顯然慢了。

2.7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。

堆和棧的區(qū)別主要分：
    操作系統(tǒng)方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。
    還有就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這里的堆實際上指的就是（滿足堆性質(zhì)的）優(yōu)先隊列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第1個元素有最高的優(yōu)先權(quán)；棧實際上就是滿足先進(jìn)后出的性質(zhì)的數(shù)學(xué)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雖然堆棧，堆棧的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區(qū)別的，連著叫只是由于歷史的原因。

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2.8 補(bǔ)充知識：  
    堆(heap)和棧(stack)是C/C++編程不可避免會碰到的兩個基本概念。首先，這兩個概念都可以在講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的書中找到，他們都是基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，雖然棧更為簡單一些。
    在具體的C/C++編程框架中，這兩個概念并不是并行的。對底層機(jī)器代碼的研究可以揭示，棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而堆則是C/C++函數(shù)庫提供的。
    具體地說，現(xiàn)代計算機(jī)(串行執(zhí)行機(jī)制)，都直接在代碼底層支持棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這體現(xiàn)在，有專門的寄存器指向棧所在的地址，有專門的機(jī)器指令完成數(shù)據(jù)入棧出棧的操作。這種機(jī)制的特點是效率高，支持的數(shù)據(jù)有限，一般是整數(shù)，指針，浮點數(shù)等系統(tǒng)直接支持的數(shù)據(jù)類型，并不直接支持其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因為棧的這種特點， 對棧的使用在程序中是非常頻繁的。對子程序的調(diào)用就是直接利用棧完成的。機(jī)器的call指令里隱含了把返回地址推入棧，然后跳轉(zhuǎn)至子程序地址的操作，而子 程序中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址并跳轉(zhuǎn)之的操作。C/C++中的自動變量是直接利用棧的例子，這也就是為什么當(dāng)函數(shù)返回時，該函數(shù)的自動變 量自動失效的原因(因為堆棧恢復(fù)了調(diào)用前的狀態(tài))。
    和棧不同，堆的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是由系統(tǒng)(無論是機(jī)器系統(tǒng)還是操作系統(tǒng))支持的，而是由函數(shù)庫提供的。基本的malloc/realloc/free函數(shù)維護(hù)了一套內(nèi)部的堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)程序使用這些函數(shù)去獲得新的內(nèi)存空間時，這套函數(shù)首先試圖從內(nèi)部堆中尋找可用的內(nèi)存空間，如果沒有可以使用的內(nèi)存空間，則試圖利用系統(tǒng)調(diào)用來動態(tài)增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存大小，新分配得到的空間首先被組織進(jìn)內(nèi)部堆中去，然后再以適當(dāng)?shù)男问椒祷亟o調(diào)用者。當(dāng)程序釋放分配的內(nèi)存空間時，這片內(nèi)存空間被返回內(nèi)部堆結(jié)構(gòu)中，可能會被適當(dāng)?shù)奶幚?比如和其他空閑空間合并成更大 的空閑空間)，以更適合下一次內(nèi)存分配申請。這套復(fù)雜的分配機(jī)制實際上相當(dāng)于一個內(nèi)存分配的緩沖池(Cache)，使用這套機(jī)制有如下若干原因：
1. 系統(tǒng)調(diào)用可能不支持任意大小的內(nèi)存分配。有些系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用只支持固定大小及其倍數(shù)的內(nèi)存請求(按頁分配)；這樣的話對于大量的小內(nèi)存分類來說會造成浪費。
2. 系統(tǒng)調(diào)用申請內(nèi)存可能是代價昂貴的。系統(tǒng)調(diào)用可能涉及用戶態(tài)和核心態(tài)的轉(zhuǎn)換。
3. 沒有管理的內(nèi)存分配在大量復(fù)雜內(nèi)存的分配釋放操作下很容易造成內(nèi)存碎片。

堆和棧的對比
從以上知識可知，棧是系統(tǒng)提供的功能，特點是快速高效，缺點是有限制，數(shù)據(jù)不靈活；而堆是函數(shù)庫提供的功能，特點是靈活方便，數(shù)據(jù)適應(yīng)面廣泛，但是效率有一 定降低。棧是系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于進(jìn)程/線程是唯一的；堆是函數(shù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不一定唯一。不同堆分配的內(nèi)存邏輯上無法互相操作。棧空間分靜態(tài)分配和動態(tài) 分配兩種。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如自動變量(auto)的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)完成。棧的動態(tài)分配無需釋放(是自動的)，也就沒有釋放 函數(shù)。為可移植的程序起見，棧的動態(tài)分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態(tài)的，雖然程序結(jié)束時所有的數(shù)據(jù)空間都會被釋放回系統(tǒng)，但是精確的申請內(nèi)存 /釋放內(nèi)存匹配是良好程序的基本要素。
堆和棧究竟有什么區(qū)別？
     主要的區(qū)別由以下幾點：
     1、管理方式不同；
     2、空間大小不同；
     3、能否產(chǎn)生碎片不同；
     4、生長方向不同；
     5、分配方式不同；
     6、分配效率不同；
     管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。
     空間大小：一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認(rèn)的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改：    
     打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。
注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。
     碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題， 因為棧是先進(jìn)后出的隊列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細(xì)的 可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。
     生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。
     分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。

    分配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比 較高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆 內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會分 到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。
     從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài) 和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址， EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。
     雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。
     無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因為越界的結(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié)果,就 算是在你的程序運行過程中，沒有發(fā)生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉，那時候debug可是相當(dāng)困難的：）