棧和堆的區別

2021-06-22 21:09:32 字數 3057 閱讀 9831

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**。

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()    

三、堆和棧的理論知識    

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、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。    

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。    

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。  

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。    

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。    

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

度大。   (經典!) 

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