堆和棧的區別(轉過無數次的文章)

2021-06-21 07:18:24 字數 4481 閱讀 8583

一、預備知識—程式的記憶體分配  

乙個由c/c++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分  

1、棧區(stack)—   由編譯器自動分配釋放   ,存放函式的引數值,區域性變數的值等。其

操作方式類似於資料結構中的棧。  

2、堆區(heap)   —   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回

收   。注意它與資料結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鍊錶,呵呵。  

3、全域性區(靜態區)(static)—,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。   -   程式結束後由系統釋放。  

4、文字常量區   —常量字串就是放在這裡的。   程式結束後由系統釋放  

5、程式**區—存放函式體的二進位制**。  

二、例子程式    

這是乙個前輩寫的,非常詳細    

int   a   =   0;   全域性初始化區    

char   *p1;   全域性未初始化區    

main()    

二、堆和棧的理論知識    

2.1申請方式    

stack:    

由系統自動分配。   例如,宣告在函式中乙個區域性變數   int   b;   系統自動在棧中為b開闢空

間    

heap:    

需要程式設計師自己申請,並指明大小,在c中malloc函式    

如p1   =   (char   *)malloc(10);    

在c++中用new運算子    

如p2   =   new   char[10];    

但是注意p1、p2本身是在棧中的。    

2.2    

申請後系統的響應    

棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則將報異常提示棧溢  

出。    

堆:首先應該知道作業系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶,當系統收到程式的申請時,

會遍歷該鍊錶,尋找第乙個空間大於所申請空間的堆結點,

然後將該結點從空閒結點鍊錶

中刪除,並將該結點的空間分配給程式,另外,對於大多數系統,會在這塊記憶體空間中的

首位址處記錄本次分配的

大小,這樣,**中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。

另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多

餘的那部

分重新放入空閒鍊錶中。    

2.3申請大小的限制    

棧:在windows下,棧是向低位址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意

思是棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在

windows下,棧的大小是2m(也有

的說是1m,總之是乙個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將

提示overflow。

因此,能從棧獲得的空間較小。    

堆:堆是向高位址擴充套件的資料結構,是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用鍊錶來儲存

的空閒記憶體位址的,自然是不連續的,而鍊錶的遍歷方向是

由低位址向高位址。堆的大小

受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。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:    

棧由系統自動分配,速度較快。但程式設計師是無法控制的。    

堆是由new分配的記憶體,一般速度比較慢,而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便.    

另外,在windows下,最好的方式是用virtualalloc分配記憶體,他不是在堆,也不是在棧是

直接在程序的位址空間中保留一塊記憶體,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。  

2.5堆和棧中的儲存內容    

棧:   在函式呼叫時,第乙個進棧的是主函式中後的下一條指令(函式呼叫語句的下一條可

執行語句)的位址,然後是函式的各個引數,在大多數的c

編譯器中,引數是由右往左入棧

的,然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。

當本次函式呼叫結束後,區域性變數先出棧,然後是

引數,最後棧頂指標指向最開始存的地

址,也就是主函式中的下一條指令,程式由該點繼續執行。    

堆:一般是在堆的頭部用乙個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容由程式設計師安排。    

2.6訪問效率的比較    

char   s1   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";    

char   *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb";    

aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的;    

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;    

但是,在以後的訪問中,在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。    

比如:    

#include    

void   main()    

對應的彙編**    

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    

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中,而第二種則要先把指標值讀到 

edx中,再根據edx讀取字元,顯然慢了。    

2.7小結:    

堆和棧的主 要區別由以下幾點:

1、管理方式不同;

2、空間大小不同;

3、能否產生碎片不同;

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:對於棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對於堆來說,釋放工作由程式設計師控制,容易產生memory leak。

空間大小:一般來講在32位系統下,堆記憶體可以達到4g的空間,從這個角度來看 堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在vc6下面,預設的棧空間大小是1m。當然,這個值可以修改。

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。

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。

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。

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。

從這裡我們可以看到,堆和棧相比,由於大量new/delete的使用, 容易造成大量的記憶體碎片;由於沒有專門的系統支援,效率很低;由於可能引發使用者態和核心態的切換,記憶體的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最廣泛的,就算是函式的呼叫也利用棧去完成,函式呼叫過程中的引數,返回位址, ebp和區域性變數都採用棧的方式存放。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,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的記憶體空間,還是用堆好一些。

無論是堆還是棧,都要防止越界現象的發生(除非你是故意使其越界),因為越界的結果要麼是程式崩潰,要麼是摧毀程式的堆、棧結構,產生以想不到的結果。

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:    

使用棧就象我們去飯館裡吃飯,只管點菜(發出申請)、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餚,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由

度大。   (經典!)  

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一 預備知識 程式的記憶體分配 乙個由c c 編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分 1 棧區 stack 由編譯器自動分配釋放 存放函式的引數值,區域性變數的值等。其 操作方式類似於資料結構中的棧。2 堆區 heap 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回 收 注意它...

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