堆、棧和堆棧

1、一、預(yù)備知識程序的內(nèi)存分配 一個由c/C+編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分 1、棧區(qū)（stack） 由編譯器自動分配釋放 ，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)束后由系統(tǒng)釋放 4、文字常量區(qū) 常量字符串就是放在這里的。 程序

2、結(jié)束后由系統(tǒng)釋放 5、程序代碼區(qū)存放函數(shù)體的二進制代碼。 二、例子程序 這是一個前輩寫的，非常詳細 /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" 1234560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; 分配得來得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。 strcpy

3、(p1, "123456" 1234560放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。 二、堆和棧的理論知識 2.1申請方式 stack: 由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間 heap: 需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù) 如p1 = (char *malloc(10; 在C+中用new運算符 如p2 = (char *malloc(10; 但是注意p1、p2本身是在棧中的。 2.2 申請后系統(tǒng)的響應(yīng) 棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序

4、提供內(nèi)存，否則將報異常提示棧溢出。 堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當系統(tǒng)收到程序的申請時， 會 遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(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)點的大小不一定正好等于申請的大 小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 2.3申請大小的限制 棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數(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?/p>

5、量是系統(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總 之是一個編譯時就確定的常數(shù)），如果申請的 空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。 堆：堆是向高地址擴展的數(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)是用鏈表來存儲的空閑內(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。堆的大小受限于計算機系統(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申請效率的比較： 棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。 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,不過用起來最方便. 另外，在W

6、INDOWS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程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。 2.5堆和棧中的存儲內(nèi)容 棧： 在函數(shù)調(diào)用時，第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(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，程序由該點繼續(xù)運行。 堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有

7、程序員安排。 2.6存取效率的比較 char s1 = "aaaaaaaaaaaaaaa" char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb" aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的； 而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的； 但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(例如堆快。 比如： i nclude void main( char a = 1; char c = "1234567890" char *p ="1234567890" a = c1; a = p1; return;

8、對應(yīng)的匯編代碼 10: a = c1; 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr ebp-0Fh 0040106A 88 4D FC mov byte ptr ebp-4,cl 11: a = p1; 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。

9、2.7小結(jié)： 堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出： 使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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。 回復(fù)人：boxerxiong( ( 信譽：100 2006-10-27 11:24:42 得分:0 ? 下面是另一篇，總結(jié)的比上面好： 堆和棧的聯(lián)系與區(qū)別dd 在bbs上，堆與棧的區(qū)分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學(xué)者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。 首先，我們舉一個例

10、子： void f( int* p=new int5; 這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，我們首先就應(yīng)該想到，我們分配了一塊堆內(nèi)存，那么指針p呢？他分配的是一塊棧內(nèi)存，所以這句話的意思就是： 在棧內(nèi)存中存放了一個指向一塊堆內(nèi)存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后調(diào)用operator new分配內(nèi)存，然后返回這塊內(nèi)存的首地址，放入棧中，他在VC6下的匯編代碼如下： 00401028 push 14h 0040102A call operator new (00401060 0040102F add esp,4 00401032 mov dword ptr ebp-8,ea

11、x 00401035 mov eax,dword ptr ebp-8 00401038 mov dword ptr ebp-4,eax 這里，我們?yōu)榱撕唵尾]有釋放內(nèi)存，那么該怎么去釋放呢？是delete p么？澳，錯了，應(yīng)該是delete p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數(shù)組，VC6就會根據(jù)相應(yīng)的Cookie信息去進行釋放內(nèi)存的工作。 好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區(qū)別？ 主要的區(qū)別由以下幾點： 1、管理方式不同； 2、空間大小不同； 3、能否產(chǎn)生碎片不同； 4、生長方向不同； 5、分配方式不同； 6、分配效率不同； 管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控

12、制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。 空間大?。阂话銇碇v在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改： 打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。 注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值

13、，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。 碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題， 因為棧是先進后出的隊列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細的 可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。 生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧 來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。 分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分

14、配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。 分配效率：棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比 較高。堆則是C/C+函數(shù)庫提供的，它的機制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆 內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機會分 到足夠大小的內(nèi)存，然后進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。 從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā)用戶態(tài) 和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址， EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。 雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。 無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)