(笔记)堆和栈的区别-两种不同的数据结构

堆栈其实是两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。

要点：堆：顺序随意.

        栈：后进先出(Last-In/First-Out) 

堆和栈的区别

　　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）— 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）— 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

 

　　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);

 

　　}

 

　　分配得来的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。

 

堆和栈的理论知识

　　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[20];//(char *)malloc(10);

 

　　但是注意p1、p2本身是在栈中的。

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，此时处理器通常会进入hardfault硬件错误中断，注：硬件错误中断通常都是由于堆栈溢出或对非法地址进行操

           作。

 

　　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。

 

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。注：对于处理器而言，栈与堆的大小都是可以通过修改配置文件或在编译器选项中修改

           的。

 

　　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，他不是在堆，也不是在栈,而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

 

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函数调用后的下一条指令（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。注：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。

 

　　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，在根据edx读取字符，显然慢了。

 

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。

 

堆和栈的主要分别：

　　操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。

 

　　还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足后进先出的性质的数学或数据结构。

 

　　虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因。

堆与栈的分布

所以堆和栈的区别：

    stack的空间由操作系统自动分配/释放，heap上的空间手动分配/释放。

    stack的空间有限，heap是很大的自由存储区。

    程序在编译期和函数分配内存都是在栈上进行，且程序运行中函数调用时参数的传递也是在栈上进行。

 

  作者： tdyizhen1314

            (现从事LED行业，专注于户外大型LED显示屏控制系统的研发，希望与大家一起交流，共同进步)

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