堆和棧的區別

一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分

1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其

操作方式類似于數據結構中的棧。

2、堆區（heap） — 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回

收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表，呵呵。

3、全局區（靜態區）（static）—，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的

全局變量和靜態變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另

一塊區域。 - 程序結束后由系統釋放。

4、文字常量區 —常量字符串就是放在這里的。 程序結束后由系統釋放

5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

二、例子程序

這是一個前輩寫的，非常詳細

//main.cpp

int a = 0; 全局初始化區

char *p1; 全局未初始化區

main()

{

int b; 棧

char s[] = "abc"; 棧

char *p2; 棧

char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區，p3在棧上。

static int c =0； 全局（靜態）初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

分配得來得10和20字節的區域就在堆區。

strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。

}

二、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

stack:

由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間

heap:

需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數

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

申請后系統的響應

棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。

堆： 首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑 結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序，另外，對于大多數系統，會在這塊內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存空間。另外，由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統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,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，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），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：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，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系統中有效的虛擬內存。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分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

2.5堆和棧中的存儲內容

棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中后的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然后是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然后是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。

當本次函數調用結束后，局部變量先出棧，然后是參數，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。

堆：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

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，在棧上的數組比指針所指向的字符串(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edx讀取字符，顯然慢了。

2.7小結：

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：

使用棧就象我們去飯館里吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但自由度小。

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。

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全局變量或者靜態變量，它們都放在堆里的

局部變量放在棧里的

堆區,也叫自由存儲區.

為什么說在堆上分配內存比在棧上分配內存慢？堆空間的開辟需要用系統函數，棧上直接修改指針

堆空間的管理需要系統記帳，棧上的空間可以由編譯器管理或是保存在某個處理器寄存器中。

堆空間的釋放需要系統管理，棧上的釋放可以直接丟棄。堆空間需要通過棧上的指針間接引用，所以訪問會慢

記 得在apue2上面看到關于線程中有這樣一段話,大致意思是,一個線程有自己的堆棧,可以在堆棧上分配內存,比如說一個結構體,如果這個線程調用了 pthread_exit()返回這個結構體指針的時候之后要特別的小心,因為很有可能這個結構體里面的成員值發生改變,這個可以理解,因為同一個進程所 有線程的資源是共享的,當這個線程退出之后那部分以前用過的堆棧很可能被其它線程占用,但同時又說如果malloc就不會出現這樣的問題,

比如，在棧上分一個int，只要esp-4就可以了，

在堆上系統要記錄被分配內存的信息，以便釋放

BTW:

棧有序

堆無序

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內存分配方式有三種：   

   1.從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。   

   2.在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。   

   3.從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。

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一般所說的堆棧（stack)往往是指棧，先進后出，它是一塊內存區。用以存放程序的局部變量，臨時變量，函數的參數，返回地址等。在這塊區域中的變量的分配和釋放由系統自動進行。不需要用戶的參與。   

   而在堆(heap,先進先出)上的空間則是由用戶進行分配，并由用戶負責釋放。

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字符數組，字符指針，Sizeof總結

1.以字符串形式出現的，編譯器都會為該字符串自動添加一個0作為結束符，如在代碼中寫 "abc",那么編譯器幫你存儲的是"abc\0"

2."abc"是常量嗎？答案是有時是，有時不是。

不是常量的情況："abc"作為字符數組初始值的時候就不是，如

     char str[] = "abc";

因為定義的是一個字符數組，所以就相當于定義了一些空間來存放"abc"，而又因為字符數組就是把字符一個一個地存放的，所以編譯器把這個語句解析為

    char str[3] = {'a','b','c'};

又 根據上面的總結1，所以 char str[] = "abc";的最終結果是 char str[4] = {'a','b','c','\0'};做一下擴展，如果char str[] = "abc";是在函數內部寫的話，那么這里 的"abc\0"因為不是常量，所以應該被放在棧上。

是常量的情況： 把"abc"賦給一個字符指針變量時，如

     char* ptr = "abc";

   因為定義的是一個普通指針，并沒有定義空間來存放"abc"，所以編譯器得幫我們找地方來放"abc"，顯然，把這里的"abc"當成常量并把它放到程序 的常量區是編譯器 最合適的選擇。所以盡管ptr的類型不是const char*，并且ptr[0] = 'x';也能編譯 通過，但是執行ptr[0] = 'x';就會發生運行時異常，因為這個語句試圖去修改程序 常量區中的東西。

記 得哪本書中曾經說過char* ptr = "abc";這種寫法原來在c++標準中是不允許的， 但是因為這種寫法在c中實在是太多了，為了兼容c，不允許也得允許。雖然允許， 但是建議的寫法應該是const char* ptr = "abc";這樣如果后面寫ptr[0] = 'x'的話編譯器就不會讓它編譯通過，也就避免了上面說的運行時異常。

    又擴展一下，如果char* ptr = "abc";寫在函數體內，那么雖然這里的"abc\0"被放在常量區中，但是ptr本身只是一個普通的指針變量，所以ptr是被放在棧上的， 只不過是它所指向的東西被放在常量區罷了。

3.數組的類型是由該數組所存放的東西的類型以及數組本身的大小決定的。 如char s1[3]和char s2[4]，s1的類型就是char[3]，s2的類型就是char[4]， 也就是說盡管s1和s2都是字符數組，但兩者的類型卻是不同的。

4.字符串常量的類型可以理解為相應字符常量數組的類型， 如"abcdef"的類型就可以看成是const char[7]

5.sizeof是用來求類型的字節數的。如int a;那么無論sizeof(int)或者是sizeof(a)都 是等于4，因為sizeof(a)其實就是sizeof(type of a)

6.對于函數參數列表中的以數組類型書寫的形式參數，編譯器把其解釋為普通 的指針類型，如對于void func(char sa[100],int ia[20],char *p) 則sa的類型為char*，ia的類型為int*，p的類型為char*

7.根據上面的總結，來實戰一下：

     對于char str[] = "abcdef";就有sizeof(str) == 7,因為str的類型是char[7]， 也有sizeof("abcdef") == 7，因為"abcdef"的類型是const char[7]。

      對于char *ptr = "abcdef";就有sizeof(ptr) == 4，因為ptr的類型是char*。

      對于char str2[10] = "abcdef";就有sizeof(str2) == 10，因為str2的類型是char[10]。

      對于void func(char sa[100],int ia[20],char *p); 就有sizeof(sa) == sizeof(ia) == sizeof(p) == 4， 因為sa的類型是char*，ia的類型是int*，p的類型是char*。