• 堆和栈的区别


    一、预备知识程序的内存分配
    一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
    1
    栈区(stack):编译器(Compiler)自动分配释放 ,存放函数的参数值局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

    2堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。

    3全局区(静态区)static全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放 

    4文字常量区  — 常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放

    5程序代码区 存放函数体的二进制代码

    二、例子程序 
    这是一个前辈写的,非常详细 
    //main.cpp
     
    int a = 0;
     全局初始化区 
    char *p1;
     全局未初始化区 
    main()
     
    {
     
    int b;
      
    char s[] = "abc";
      
    char *p2;
      
    char *p3 = "123456"; 123456\0
    在常量区,p3在栈上。 
    static int c =0
     全局(静态)初始化区 
    p1 = (char *)malloc(10);
     
    p2 = (char *)malloc(20);
     
    分配得来得1020字节的区域就在堆区。 
    strcpy(p1, "123456"); 123456\0
    放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。 
    }
     


    二、堆和栈的理论知识 (申请方式、申请大小限制、申请效率、存取效率、存储内容)
    2.1
    申请方式 
    stack: 
    由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 
    heap:
     
    需要程序员自己申请,并指明大小,在cmalloc函数 
    p1 = (char *)malloc(10); 
    C++中用new运算符 
    p2 = (char *)malloc(10); 
    但是注意p1p2本身是在栈中的。 


    2.2
     申请后系统的响应 
    栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。 
    堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时, 
    会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 

    2.3
    申请大小的限制 
    栈:在Windows, 栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。 
    堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。 


    2.4
    申请效率的比较: 
    栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。 
    堆是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 
    另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。 

    2.5
    堆和栈中的存储内容 
    栈: 在函数调用时,(1) 第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址(2) 然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,(3) 然后是函数中的局部变量。 注意: 静态变量是不入栈的。 
    当本次函数调用结束后,(1) 局部变量先出栈,(2) 然后是参数,(3) 最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行
    堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。 

    2.6
    存取效率的比较 
    char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
     
    char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
     
    aaaaaaaaaaa
    是在运行时刻赋值的; 
    bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的; 
    但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。 
    比如: 
    #include
     
    void main()
     
    {
     
    char a = 1;
     
    char c[] = "1234567890";
     
    char *p ="1234567890";
     
    a = c[1];
     
    a = p[1];
     
    return;
     
    }
     
    对应的汇编代码 
    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
     
    第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。 


    2.7
    小结: 
    堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出: 
    使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。 
    使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。

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