堆和棧的區(qū)別 (stack and heap)


一般認(rèn)為在c中分為這幾個(gè)存儲(chǔ)區(qū)
1棧 - 有編譯器自動(dòng)分配釋放
2堆 - 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
3全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)），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)束釋放。
4另外還有一個(gè)專門放常量的地方。 - 程序結(jié)束釋放

在函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配內(nèi)存的函數(shù)分配得到的就是在堆上。在所有函數(shù)體外定義的是全局量，加了static修飾符后不管在哪里都存放在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）,在所有函數(shù)體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用，在函數(shù)體內(nèi)定義的static表示只在該函數(shù)體內(nèi)有效。另外，函數(shù)中的 "adgfdf "這樣的字符串存放在常量區(qū)。

比如：
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(lái)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 "12345
6 "優(yōu)化成一塊。
}

還有就是函數(shù)調(diào)用時(shí)會(huì)在棧上有一系列的保留現(xiàn)場(chǎng)及傳遞參數(shù)的操作。棧的空間大小有限定，vc的缺省是2M。棧不夠用的情況一般是程序中分配了大量數(shù)組和遞歸函數(shù)層次太深。有一點(diǎn)必須知道，當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用完返回后它會(huì)釋放該函數(shù)中所有的棧空間。棧是由編譯器自動(dòng)管理的，不用你操心。堆是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，并且你可以分配使用很大的內(nèi)存。但是用不好會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。并且頻繁地malloc和free會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片（有點(diǎn)類似磁盤碎片），因?yàn)閏分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存時(shí)是尋找匹配的內(nèi)存的。而用棧則不會(huì)產(chǎn)生碎片。在棧上存取數(shù)據(jù)比通過(guò)指針在堆上存取數(shù)據(jù)快些。

一般大家說(shuō)的堆棧和棧是一樣的，就是棧(stack)，而說(shuō)堆時(shí)才是堆heap.
棧是先入后出的，一般是由高地址向低地址生長(zhǎng)。


堆(heap)和棧(stack)是C/C++編程不可避免會(huì)碰到的兩個(gè)基本概念。首先，這兩個(gè)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(jiǎn)單一些。在具體的C/C++編程框架中，這兩個(gè)概念并不是并行的。對(duì)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(kù)提供的。具體地說(shuō)，現(xiàn)代計(jì)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(diǎn)是效率高，支持的數(shù)據(jù)有限，一般是整數(shù)，指針，浮點(diǎn)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?yàn)闂５倪@種特點(diǎn)，對(duì)棧的使用在程序中是非常頻繁的。對(duì)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(dòng)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(shí)，該函數(shù)的自動(dòng)變量自動(dòng)失效的原因(因?yàn)?顏換指戳說(shuō)饔們暗 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(wú)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(kù)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(shí)，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(méi)有可以使用的內(nèi)存空間，則試圖利用系統(tǒng)調(diào)用來(lái)動(dòng)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(shí)，這片內(nèi)存空間被返回內(nèi)部堆結(jié)構(gòu)中，可能會(huì)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(qǐng)。這套復(fù)雜的分配機(jī)制實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)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(qǐng)求(按頁(yè)分配)；這樣的話對(duì)于大量的小內(nèi)存分類來(lái)說(shuō)會(huì)造成浪費(fèi)。
2. 系統(tǒng)調(diào)用申請(qǐng)內(nèi)存可能是代價(jià)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(méi)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(duì)比

從以上知識(shí)可知，棧是系統(tǒng)提供的功能，特點(diǎn)是快速高效，缺點(diǎn)是有限制，數(shù)據(jù)不靈活；而棧是函數(shù)庫(kù)提供的功能，特點(diǎn)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(duì)于進(jìn)程/線程是唯一的；堆是函數(shù)庫(kù)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不一定唯一。不同堆分的內(nèi)存無(wú)法互相操作。棧空間分靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配兩種。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如自動(dòng)變量(auto)的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數(shù)完成。棧的動(dòng)態(tài)分配無(wú)需釋放(是自動(dòng))，也就沒(méi)有釋放函數(shù)。為可移植的程序起見，棧的動(dòng)態(tài)分配操作是不被鼓勵(lì)的！堆空間的分配總是動(dòng)態(tài)的，雖然程序結(jié)束時(shí)所有的數(shù)據(jù)空間都會(huì)被釋放回系統(tǒng)，但是精確的申請(qǐng)內(nèi)存/釋放內(nèi)存匹配是良好程序的基本要素。


可以放一塊思考
堆和棧的生長(zhǎng)方向恰好相反，
|--------------| 低地址
| 堆 |
|--------------|
| | |
| I |
| |
| ^ |
| 棧 | 高地址
-----------------
所以計(jì)算機(jī)中的堆和棧經(jīng)常時(shí)放一塊講的


nod 一般不是必要就不要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建，最討厭把new出來(lái)的東西當(dāng)局部變量用，用萬(wàn)了馬上delete 的做法.

理由
1.棧分配比堆快，只需要一條指令就呢給配所有的局部變量
2.棧不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存碎片
3。棧對(duì)象好管理

當(dāng)然，某些情況下也要那么寫,比如
1.對(duì)象很大
2.對(duì)象需要在某個(gè)特定的時(shí)刻構(gòu)造或析夠
3.類只允許對(duì)象動(dòng)態(tài)創(chuàng)建,比如VCL的大多數(shù)類
當(dāng)然，必須用堆對(duì)象時(shí)也不能躲避

堆內(nèi)存和棧內(nèi)存各有什么作用？

堆：順序隨意
棧：先進(jìn)后出
堆和棧的區(qū)別
一、預(yù)備知識(shí)—程序的內(nèi)存分配
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。
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(lái)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(shuō)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(guò)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(lái)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(wú)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(guò)用起來(lái)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(lái)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(lái)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，但是自由度小。 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。
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(shuō)的那些，不多說(shuō)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(shí)際上指的就是（滿足堆性質(zhì)的）優(yōu)先隊(duì)列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第1個(gè)元素有最高的優(yōu)先權(quán)；棧實(shí)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(shuō)法是連起來(lái)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。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的什么变量在堆内存里存放，什么变量在栈内存里存放的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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