数据结构里的 堆栈 和 内存分配中的堆栈

本文参考了博客：https://www.cnblogs.com/jzssuanfa/p/7068147.html

　　　　　　　　http://blog.csdn.net/xiaoxik/article/details/52947624

一、数据结构的堆和栈：

　　（1）在数据结构上的堆栈实际是两种数据结构：堆 和 栈

　　（2）堆和栈都是一种数据项，按序排列的数据结构

　　（3）栈就像装数据的桶或者箱子：

　　　　　　具有后进先出性质的数据结构，也就是说后存放的先取，先存放的后取。就像要取出放在箱子里底下的东西（ 放入比较早的东西 ），得先把盖在上面的东西取出来（ 放入的比较晚的东西 ）

　　（4）堆就像一个倒立的树：

　　　　　　堆是一钟经过排序的树形的数据结构，每个节点都有一个值。通常我们所说的 堆 的数据结构是指 二叉树。堆的特点是根据根节点的值最小（或最大），并且根节点的两个子树也是一个堆，因为这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意的，这就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书

 

二、内存分配中的 堆 和 栈

　　我们现在经常用的并不是数据结构中的堆和栈，之所以说了数据结构中的堆和栈是为了和后面将要说的堆区和栈区区别开来，请大家一定要注意

　　下面说一下C语言程序内存分配中的堆和栈，这里有必要把内存分配也提一下，一般情况下 程序存放在Rom或Flash中，运行事需要拷贝到内存中执行，内存会分别存储不同的信息

　　内存中的栈区处于相对较高的地址，以地址的增长方向为上的话，栈地址是向下增长的。栈中分配局部变量空间。堆区是向上增长的用于分配程序猿申请的内存空间。另外还有静态

区是分配静态变量，全局变量空间的；仅读区是分配常量和程序代码空间的；以及其它一些分区。

　　1.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下面几个部分

　　　　（1）栈区（stack）：由编译器自己主动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。

　　　　（2）堆区（heap）：一般是由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）收回，注意它于数据结构中的堆是不同的，分配方式类似于链表。

　　　　（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还有一块区域。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，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。

　　*******经典例子

 

// main.cpp
int a = 0;　　全局初始化
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 在栈区
  static int c = 0;　　全局（静态）初始化区
  p1 = (char*)malloc(10);
  p2 = (char*)malloc(200);
　// 分配得来的10和20字节的区域就在堆区
}

 

三、内存分配中栈区和堆区的区别

　　1.申请方式和回收方式不同

　　　　堆和栈的第一个区别就是申请方式的不同：栈是系统自动分配空间。堆需要程序员自己申请，并指明大小，在 c 中 malloc 函数。

　　　　由于栈上的空间是自动分配的自动回收的，所以栈上数据的生成周期只是在函数运行的过程中，运行后就释放掉，不可以再访问。而堆上数据只要程序员不释放空间，就一直可以访问到，没有忘记释放（程序没有结束，程序结束后可能会由OS回收），会造成内存泄露。

　　2.申请后系统的响应

　　　　栈：只要栈的剩余空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

　　　　堆：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统受到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点，并将该节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 delete 语句才能正确的释放本内存空间。另外，因为找到的堆节点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自己主动的将多余的那部分又一次放入空暇链表中。

　　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设定好的，在windows下，栈的大小是2M（也有说是1M.总之是一个编译时就确定的常数），假设申请的空间超过栈的剩余空间时，将 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。这是因为系统是用链表来存储空暇内存地址ide，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低到高地址的。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：栈是由系统自己主动分配的，速度较快，程序猿是无法控制的。

　　　　堆：是由 new 分配的内存，一般速度比较慢，并且容易产生内存碎片，只是用起来不方便。

　　　　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块内存，尽管用起来不方便，可是速度块，也最灵活。

　　5.堆和栈中的内存内容：

　　　　由于栈的大小限制，所以用子函数还是有物理意义的，而不仅仅是逻辑意义。

　　　　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运行语句）的地址，然后是函数的各个參数。在大多数的C编译器中。參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。然后是參数。最后栈顶指针指向最開始存的地址。也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续执行。

　　　　堆：通常是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。

　　　　　　　　堆中的详细内容有程序猿安排

　　6.关于堆和栈区别的比喻：

　　　　栈：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。

　　　　堆：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。