堆与栈

来源：http://www.cnblogs.com/Braveliu/archive/2013/01/04/2844858.html

堆是堆，栈归栈

在阅读以下内容之前，请了解一下几点：

第一：坚决澄清：堆是堆，栈归栈。

第二：曾经的“堆栈”再不允许重谈，简直就是扯淡！

第三：下面内容均属于从内存分配角度的阐述，不要与数据结构混淆。

【1】程序的内存分配

（1）内存分配详解

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。

<2>堆区（heap） — 一般由程序员设计分配及释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。可能涉及的操作符如下：new、malloc、delete、free等等。

<3>全局区（静态区）（static）—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。

（2）例子程序

坊间流传，此例乃前辈所为，如今拾得，相见恨晚。遂记。

int   a = 0; //全局初始化区
char  *p1;   //全局未初始化区
void main( )
{
    int b; //栈
    char s[] = "abc"; //栈
    char *p2; //栈
    char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区；而p3在栈上。
    static int c =0； //全局（静态）初始化区
    char *p1 = (char *)malloc(10);
    char *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。
}

【2】堆与栈的理论知识

（1）堆与栈的相同点

堆(heap)与栈(stack)都是为了临时储存某些信息而在内存中开辟的一段连续内存块。

（2）堆与栈的不同点

<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char *p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new运算符

如char *p2 = new char[10];

但是，注意p1、p2本身却是在栈中的存储。

<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。

还有，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。

<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。

<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，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

<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。

<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。