堆和棧的區(qū)別

一個(gè)由C/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分

1、棧區(qū)（stack）— 由編譯器自動(dòng)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(shí)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(chǔ)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)束后由系統(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。

二、例子程序

這是一個(gè)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(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。

}

二、堆和棧的理論知識(shí)

2.1申請(qǐng)方式

stack:

由系統(tǒng)自動(dòng)分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個(gè)局部變量 int b; 系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開辟空間

heap:

需要程序員自己申請(qǐng)，并指明大小，在c中malloc函數(shù)

如p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new運(yùn)算符

如p2 = (char *)malloc(10);

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2

申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)

棧：只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。

堆： 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑 結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序，另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)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(yǔ)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(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

2.3申請(qǐng)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(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù)），如果申請(qǐng)的空間超過棧的剩余空間時(shí)，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(chǔ)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(jì)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(qǐng)效率的比較：

棧由系統(tǒng)自動(dòng)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(chǔ)內(nèi)容

棧： 在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句）的地址，然后是函數(shù)的各個(gè)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(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。

堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)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(yùn)行時(shí)刻賦值的；

而bbbbbbbbbbb是在編譯時(shí)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(duì)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(shí)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(diǎn)菜（發(fā)出申請(qǐng)）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會(huì)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，但自由度小。

使用堆就象是自己動(dòng)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(tài)變量，它們都放在堆里的

局部變量放在棧里的

堆區(qū),也叫自由存儲(chǔ)區(qū).

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

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

堆空間的釋放需要系統(tǒng)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(huì)慢

記 得在apue2上面看到關(guān)于線程中有這樣一段話,大致意思是,一個(gè)線程有自己的堆棧,可以在堆棧上分配內(nèi)存,比如說一個(gè)結(jié)構(gòu)體,如果這個(gè)線程調(diào)用了 pthread_exit()返回這個(gè)結(jié)構(gòu)體指針的時(shí)候之后要特別的小心,因?yàn)楹苡锌赡苓@個(gè)結(jié)構(gòu)體里面的成員值發(fā)生改變,這個(gè)可以理解,因?yàn)橥粋€(gè)進(jìn)程所 有線程的資源是共享的,當(dāng)這個(gè)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(shí)又說如果malloc就不會(huì)出現(xiàn)這樣的問題,

比如，在棧上分一個(gè)int，只要esp-4就可以了，

在堆上系統(tǒng)要記錄被分配內(nèi)存的信息，以便釋放

BTW:

棧有序

堆無序

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內(nèi)存分配方式有三種：   

   1.從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static變量。   

   2.在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。   

   3.從堆上分配，亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)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(jìn)后出，它是一塊內(nèi)存區(qū)。用以存放程序的局部變量，臨時(shí)變量，函數(shù)的參數(shù)，返回地址等。在這塊區(qū)域中的變量的分配和釋放由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。不需要用戶的參與。   

   而在堆(heap,先進(jìn)先出)上的空間則是由用戶進(jìn)行分配，并由用戶負(fù)責(zé)釋放。

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字符數(shù)組，字符指針，Sizeof總結(jié)

1.以字符串形式出現(xiàn)的，編譯器都會(huì)為該字符串自動(dòng)添加一個(gè)0作為結(jié)束符，如在代碼中寫 "abc",那么編譯器幫你存儲(chǔ)的是"abc\0"

2."abc"是常量嗎？答案是有時(shí)是，有時(shí)不是。

不是常量的情況："abc"作為字符數(shù)組初始值的時(shí)候就不是，如

     char str[] = "abc";

因?yàn)槎x的是一個(gè)字符數(shù)組，所以就相當(dāng)于定義了一些空間來存放"abc"，而又因?yàn)樽址麛?shù)組就是把字符一個(gè)一個(gè)地存放的，所以編譯器把這個(gè)語(yǔ)句解析為

    char str[3] = {'a','b','c'};

又 根據(jù)上面的總結(jié)1，所以 char str[] = "abc";的最終結(jié)果是 char str[4] = {'a','b','c','\0'};做一下擴(kuò)展，如果char str[] = "abc";是在函數(shù)內(nèi)部寫的話，那么這里 的"abc\0"因?yàn)椴皇浅Ａ浚詰?yīng)該被放在棧上。

是常量的情況： 把"abc"賦給一個(gè)字符指針變量時(shí)，如

     char* ptr = "abc";

   因?yàn)槎x的是一個(gè)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(dāng)成常量并把它放到程序 的常量區(qū)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(zhí)行ptr[0] = 'x';就會(huì)發(fā)生運(yùn)行時(shí)異常，因?yàn)檫@個(gè)語(yǔ)句試圖去修改程序 常量區(qū)中的東西。

記 得哪本書中曾經(jīng)說過char* ptr = "abc";這種寫法原來在c++標(biāo)準(zhǔn)中是不允許的， 但是因?yàn)檫@種寫法在c中實(shí)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(yīng)該是const char* ptr = "abc";這樣如果后面寫ptr[0] = 'x'的話編譯器就不會(huì)讓它編譯通過，也就避免了上面說的運(yùn)行時(shí)異常。

    又?jǐn)U展一下，如果char* ptr = "abc";寫在函數(shù)體內(nèi)，那么雖然這里的"abc\0"被放在常量區(qū)中，但是ptr本身只是一個(gè)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(qū)罷了。

3.數(shù)組的類型是由該數(shù)組所存放的東西的類型以及數(shù)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(shù)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(yīng)字符常量數(shù)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(jié)數(shù)的。如int a;那么無論sizeof(int)或者是sizeof(a)都 是等于4，因?yàn)閟izeof(a)其實(shí)就是sizeof(type of a)

6.對(duì)于函數(shù)參數(shù)列表中的以數(shù)組類型書寫的形式參數(shù)，編譯器把其解釋為普通 的指針類型，如對(duì)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(jù)上面的總結(jié)，來實(shí)戰(zhàn)一下：

     對(duì)于char str[] = "abcdef";就有sizeof(str) == 7,因?yàn)閟tr的類型是char[7]， 也有sizeof("abcdef") == 7，因?yàn)?abcdef"的類型是const char[7]。

      對(duì)于char *ptr = "abcdef";就有sizeof(ptr) == 4，因?yàn)閜tr的類型是char*。

      對(duì)于char str2[10] = "abcdef";就有sizeof(str2) == 10，因?yàn)閟tr2的類型是char[10]。

      對(duì)于void func(char sa[100],int ia[20],char *p); 就有sizeof(sa) == sizeof(ia) == sizeof(p) == 4， 因?yàn)閟a的類型是char*，ia的類型是int*，p的類型是char*。