堆與棧的關係與區別

2021-06-01 13:36:02 字數 2929 閱讀 4917

**:

一. 在c中分為這幾個儲存區

1.棧 - 由編譯器自動分配釋放

2.堆 - 一般由程式設計師分配釋放,若程式設計師不釋放,程式結束時可能由os**

3.全域性區(靜態區),全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的,初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域,未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。- 程式結束釋放

4.另外還有乙個專門放常量的地方。- 程式結束釋放

在函式體中定義的變數通常是在棧上,用malloc, calloc, realloc等分配記憶體的函式分配得到的就是在堆上。在所有函式體外定義的是全域性量,加了static修飾符後不管在**都存放在全域性區(靜態區),在所有函式體外定義的static變數表示在該檔案中有效,不能extern到別的檔案用,在函式體內定義的static表示只在該函式體內有效。另外,函式中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。

二.在c++中,記憶體分成5個區,他們分別是堆、棧、自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區

1.棧,就是那些由編譯器在需要的時候分配,在不需要的時候自動清楚的變數的儲存區。裡面的變數通常是區域性變數、函式引數等。

2.堆,就是那些由new分配的記憶體塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程式去控制,一般乙個new就要對應乙個delete。如果程式設計師沒有釋放掉,那麼在程式結束後,作業系統會自動**。

3.自由儲存區,就是那些由malloc等分配的記憶體塊,他和堆是十分相似的,不過它是用free來結束自己的生命的。

4.全域性/靜態儲存區,全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中,在以前的c語言中,全域性變數又分為初始化的和未初始化的,在c++裡面沒有這個區分了,他們共同占用同一塊記憶體區。

5.常量儲存區,這是一塊比較特殊的儲存區,他們裡面存放的是常量,不允許修改(當然,你要通過非正當手段也可以修改)

三. 談談堆與棧的關係與區別

具體地說,現代計算機(序列執行機制),都直接在**底層支援棧的資料結構。這體現在,有專門的暫存器指向棧所在的位址,有專門的機器指令完成資料入棧出棧的操作。這種機制的特點是效率高,支援的資料有限,一般是整數,指標,浮點數等系統直接支援的資料型別,並不直接支援其他的資料結構。因為棧的這種特點,對棧的使用在程式中是非常頻繁的。對子程式的呼叫就是直接利用棧完成的。機器的call指令裡隱含了把返回位址推入棧,然後跳轉至子程式位址的操作,而子程式中的ret指令則隱含從堆疊中彈出返回位址並跳轉之的操作。c/c++中的自動變數是直接利用棧的例子,這也就是為什麼當函式返回時,該函式的自動變數自動失效的原因。

和棧不同,堆的資料結構並不是由系統(無論是機器系統還是作業系統)支援的,而是由函式庫提供的。基本的malloc/realloc/free 函式維護了一套內部的堆資料結構。當程式使用這些函式去獲得新的記憶體空間時,這套函式首先試圖從內部堆中尋找可用的記憶體空間,如果沒有可以使用的記憶體空間,則試圖利用系統呼叫來動態增加程式資料段的記憶體大小,新分配得到的空間首先被組織進內部堆中去,然後再以適當的形式返回給呼叫者。當程式釋放分配的記憶體空間時,這片記憶體空間被返回內部堆結構中,可能會被適當的處理(比如和其他空閒空間合併成更大的空閒空間),以更適合下一次記憶體分配申請。這套複雜的分配機制實際上相當於乙個記憶體分配的緩衝池(cache),使用這套機制有如下若干原因:

1. 系統呼叫可能不支援任意大小的記憶體分配。有些系統的系統呼叫只支援固定大小及其倍數的記憶體請求(按頁分配);這樣的話對於大量的小記憶體分類來說會造成浪費。

2. 系統呼叫申請記憶體可能是代價昂貴的。系統呼叫可能涉及使用者態和核心態的轉換。

3. 沒有管理的記憶體分配在大量複雜記憶體的分配釋放操作下很容易造成記憶體碎片。

堆和棧的對比

從以上知識可知,棧是系統提供的功能,特點是快速高效,缺點是有限制,資料不靈活;而棧是函式庫提供的功能,特點是靈活方便,資料適應面廣泛,但是效率有一定降低。棧是系統資料結構,對於程序/執行緒是唯一的;堆是函式庫內部資料結構,不一定唯一。不同堆分配的記憶體無法互相操作。棧空間分靜態分配和動態分配兩種。靜態分配是編譯器完成的,比如自動變數(auto)的分配。動態分配由alloca函式完成。棧的動態分配無需釋放(是自動的),也就沒有釋放函式。為可移植的程式起見,棧的動態分配操作是不被鼓勵的!堆空間的分配總是動態的,雖然程式結束時所有的資料空間都會被釋放回系統,但是精確的申請記憶體/ 釋放記憶體匹配是良好程式的基本要素。

1.碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進後出的佇列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有乙個記憶體塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出,詳細的可以》參考資料結構,這裡我們就不再一一討論了。

2.生長方向:對於堆來講,生長方向是向上的,也就是向著記憶體位址增加的方向;對於棧來講,它的生長方向是向下的,是向著記憶體位址減小的方向增長。

3.分配方式:堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。

4.分配效率:棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的位址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是c/c++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法可以參考資料結構/作業系統)在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,這樣就有機會分到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。

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