請講述heap和stack的區別

2021-06-21 13:16:02 字數 2949 閱讀 6793

一、預備知識—程式的記憶體分配

在進行c/c++程式設計時,需要程式設計師對記憶體的了解比較準確。經常需要操作的記憶體可分為一下幾個類別。

棧區(stack):由編譯器自動分配和釋放,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。

堆區(heap):一般由程式設計師分配和釋放,若程式設計師不釋放,程式結束時可能由作業系統**。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。

全域性區(靜態區)(static):全域性變數和靜態變數是儲存在一塊的,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。

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。

程式**區:存放函式體的二進位制**。

以下是一段實際說明的**:

int a=0;   //全域性初始化區

char *p1; //全域性未初始化區

main()

int b;                 //棧

char s="abc";  //棧

char *p2;           //棧

char *p3="123456";       //123456在常量區,p3在棧上

static int c=0;   //全域性靜態初始化區

p1=(char *)malloc(10);    //分配的來的10和20位元組區就在堆區

p2=(char *)malloc(20); 

strcpy(p1,"123456");      //123456放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的「123456」優化成乙個地方

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位。

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。

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

main()

char a=1;

char c="1234567890";

char *p="1234567890";

a=c[1];

a=p[1];

return;

對應的彙編**如下:

10: a=c[1];

00401067 8a 4d f1 mov c1,byte ptr[ebp-0fh]

0040106a 88 4d fc mov byte ptr[ebp-4],c1

11:a=p[1];

0040106d  8b 55 ec mov edx,dword ptr[edp-14h]

00401070 8a 42 01 mov a1,byte ptr [edx+1]

00401073 88 45 fc mov byte ptr [ebp-4],a1

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器c1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。

堆區(heap)和 棧區(stack)

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heap和stack的區別

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