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堆和栈的区别 【转】

简介: http://6520874.blog.163.com/blog/static/725827192010930102014899/?suggestedreading&wumii 最近太过执着于一些底层概念,《堆和栈的区别》这篇经典的博文已经被转载过N次,但还是转到这里,以方便日后查阅。

http://6520874.blog.163.com/blog/static/725827192010930102014899/?suggestedreading&wumii

最近太过执着于一些底层概念,《堆和栈的区别》这篇经典的博文已经被转载过N次,但还是转到这里,以方便日后查阅。谨对原创表示感谢!

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。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
2、堆区(heap) —从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc 或new 申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free 或delete 释放内存。动态内存的生存期由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多。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)—,从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static 变量。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。

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);

//分配得来得和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 = (char *)malloc(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。
,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,它不是在堆,也不是在栈,是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

堆是由malloc/new 分配的内存

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)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。堆中的具体内容有程序员安排。

2.6存取效率的比较

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,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。

比如:

int main()

{

    char a = 1;

    char c[] = "1234567890";

    char *p ="1234567890";

    a = c[1];

    a = p[1];

    return 0;

}

 

    而我们常说的“堆栈”是数据结构中的概念,是一种允许在其一端进行插入或删除的线性表,其基本操作是push入栈和pop出栈。

       heap:是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。 
       stack:是自动分配变量,以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少的。

堆和栈的区别 - pipi - 学而不思则罔,思而不学则殆

说明:

1.本文出处:

http://topic.csdn.net/t/20061101/09/5124069.html

http://blog.csdn.net/laomai/archive/2006/11/01/1359886.aspx

2.本文有部分改动。

 

参考:

《白话C++》南郁

《高质量C++编程指南》林锐

《深入探讨常量、指向常量的指针,常量与变量的区别》

http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_73932.html

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,在根据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。

 

 

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