堆記憶體和棧記憶體詳解（轉載）

斯人如是丶發表於2016-05-05
記憶體
堆：順序隨意
棧：先進後出
堆和棧的區別
一、預備知識—程式的記憶體分配
一個由c/C++編譯的程式佔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連結串列，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、程式程式碼區—存放函式體的二進位制程式碼。
二、例子程式
這是一個前輩寫的，非常詳細
//main.cpp 
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"; 123456/0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); 
      p2 = (char *)malloc(20); 
      分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。 
      strcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。 
} 
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，宣告在函式中一個區域性變數 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一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式的申請時，會遍歷該連結串列，尋找第一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連結串列中刪除，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地址處記錄本次分配的大小，這樣，程式碼中的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連結串列中。 
2.3申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地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地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，總之是一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：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列的遍歷方向是由低地址向高地址。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式的地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，第一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）的地址，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一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存取效率的比較 
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，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。 
比如：
#include
void main()
{    
      char a = 1;     
      char c[] = "1234567890";     
      char *p ="1234567890";    
      a = c[1];     
      a = p[1];     
      return;     
} 
對應的彙編程式碼 
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。 
堆和棧的區別主要分： 
作業系統方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。還有就是資料結構方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這裡的堆實際上指的就是（滿足堆性質的）優先佇列的一種資料結構，第1個元素有最高的優先權；棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或資料結構。雖然堆疊，堆疊的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連著叫只是由於歷史的原因。

相關文章