C語言堆棧入門——堆和棧的區別

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• 關於堆和棧區別的比喻

 

來看一個網上很流行的經典例子：

main.cpp
int a = 0; 全域初始化區
char *p1; 全域未初始化區
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（靜態）初始化區
p1 = (char *)malloc(10);  堆
p2 = (char *)malloc(20);  堆
}

0.申請方式和回收方式不同

    不知道你是否有點明白了，堆和棧的第一個區別就是申請方式不同：棧（英文名稱是stack）是系統自動分配空間的，例如我們定義一個 char a；系統會自動在棧上為其開闢空間。而堆（英文名稱是heap）則是程式員根據需要自己申請的空間，例如malloc（10）；開闢十個位元組的空間。由於棧上的空間是自動分配自動回收的，所以棧上的資料的生存周期只是在函數的運行過程中，運行後就釋放掉，不可以再訪問。而堆上的資料只要程式員不釋放空間，就一直可以訪問到，不過缺點是一旦忘記釋放會造成記憶體泄露。還有其他的一些區別我認為網上的朋友總結的不錯這裡轉述一下：

1.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一個記錄空閑記憶體位址的鏈表，當系統收到程式的申請時，會遍曆該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆。

    結點，然後將該結點從空閑結點鏈表中刪除，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，代碼中的 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閑鏈表中。

    也就是說堆會在申請後還要做一些後續的工作這就會引出申請效率的問題。

2.申請效率的比較

根據第0點和第1點可知。

棧：由系統自動分配，速度較快。但程式員是無法控制的。

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片段,不過用起來最方便。

3.申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體的地區。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，總之是一個編譯時間就確定的常數），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：堆是向高地址擴充的資料結構，是不連續的記憶體地區。這是由於系統是用鏈表來儲存的空閑記憶體位址的，自然是不連續的，而鏈表的遍曆方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於電腦系統中有效虛擬記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4.堆和棧中的儲存內容

由於棧的大小有限，所以用子函數還是有物理意義的，而不僅僅是邏輯意義。

棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中函數調用後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變數。注意靜態變數是不入棧的。

    當本次函數調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程式由該點繼續運行。

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員安排。

關於儲存內容還可以參考這道題。這道題還涉及到局部變數的存活期。

5.存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；放在棧中。
而bbbbbbbbbbb是在編譯時間就確定的；放在堆中。
但是，在以後的存取中，在棧上的數組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;
}
對應的彙編代碼
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

關於堆和棧區別的比喻

堆和棧的區別可以引用一位前輩的比喻來看出：
    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肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，說的很通俗易懂，不知道你是否有點收穫。