堆和棧的區別

2022-04-04 10:12:58 字數 3951 閱讀 8497

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。(不可控)

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。(可控)

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。 - 程式結束後有系統釋放

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**。

6、對於形參:是自動變數。用auto(或省略)來區分說明的區域性變數。當執行進入區域性變數所在的塊時,在棧上為變數分配儲存,退出塊時,儲存單元被**。

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 = (char *)malloc(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快記憶體,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位址,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。堆中的具體內容有程式設計師安排。

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,在根據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,而且自由度大。

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全域性變數或者靜態變數,它們都放在堆裡

區域性變數放在棧裡

堆區,也叫自由儲存區.

為什麼說在堆上分配記憶體比在棧上分配記憶體慢?堆空間開闢需要用系統函式,棧上直接修改指標

堆空間管理

需要系統記帳,棧上空間可以由編譯器管理或是儲存在某個處理器暫存器中。

堆空間釋放需要系統管理,棧上釋放可以直接丟棄。堆空間需要通過棧上指標間接引用,所以訪問會慢

記得在apue2上面看到關於執行緒中有這樣一段話,大致意思是,乙個執行緒有自己堆疊,可以在堆疊上分配記憶體,比如說乙個結構體,如果這個執行緒呼叫了pthread_exit()返回這個結構體指標時候之後要特別小心,因為很有可能這個結構體裡面成員值發生改變,這個可以理解,因為同乙個程序所有執行緒資源是共享,當這個執行緒退出之後那部分以前用過堆疊很可能被其它執行緒占用,但同時又說如果malloc就不會出現這樣問題,

比如,在棧上分乙個int,只要esp-4就可以了,

在堆上系統要記錄被分配記憶體資訊,以便釋放

btw:

棧有序堆無序

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記憶體分配方式有三種:   

1.從靜態儲存區域分配。內存在程式編譯時候就已經分配好,這塊內存在程式整個執行期間都存在。例如全域性變數,static變數。   

2.在棧上建立。在執行函式時,函式內區域性變數儲存單元都可以在棧上建立,函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器指令集中,效率很高,但是分配記憶體容量有限。   

3.從堆上分配,亦稱動態記憶體分配。程式在執行時候用malloc或new申請任意多少記憶體,程式設計師自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動態記憶體生存期由我們決定,使用非常靈活,但問題也最多。

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一般所說堆疊(stack)往往是指棧,先進後出,它是一塊記憶體區。用以存放程式區域性變數,臨時變數,函式引數,返回位址等。在這塊區域中變數分配和釋放由系統自動進行。不需要使用者參與。   

而在堆(heap,先進先出)上空間則是由使用者進行分配,並由使用者負責釋放。

(載錄)

對堆與棧還不是太了解,真心的希望可以高手路過時留下對堆疊的評價!

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