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堆和栈的区别

2018年04月17日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3106字 ⁄ 字号 评论关闭

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.  
     3、全局区(静态区)--- 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.程序结束后由系统释放. 
     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=new char[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.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下栈大小是2M(也说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.    
       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,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,不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一块内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活.  
  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.堆中的具体内容由程序员安排.    
  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:   
        #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cl中,而第二种则要先把指针值读到 
  edx中,再根据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,好处是快捷,但自由度小.使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但符合自己的口味,且自由度大.

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