電腦編程基礎：棧、堆、堆棧概念區分及理論知識

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一、預備知識—程式的記憶體配置 
　　　　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 ，存放函數的參數值，局部變數的值等。其操作方式類似於資料結 
構中的棧。 
　　2、堆區（heap） — 一般由程式員分配釋放， 若程式員不釋放，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鏈表，呵呵。 
　　3、全域區（靜態區）（static）—，全域變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域變數和靜態變數在 
一塊地區， 未初始化的全域變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊地區。 - 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、程式碼區—存放函數體的二進位代碼。 
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); 
　　p2 = (char *)malloc(20); 
　　分配得來得10和20位元組的地區就在堆區。 
　　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"最佳化成一個地方。 
} 
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，聲明在函數中一個局部變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間 
　　　　heap: 
　　　　　　需要程式員自己申請，並指明大小，在c中malloc函數 
　　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。 
　　2.3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。 
　　2.4申請效率的比較： 
　　　　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. 
　　　　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進程的地址空間 
　　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： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（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。 
　　2.6存取效率的比較 
　　char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
　　char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 
　　aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的； 
　　而bbbbbbbbbbb是在編譯時間就確定的； 
　　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 
　　第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到寄存器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肴，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）優先隊列的 
　　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。 
　　雖然堆棧，堆棧的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連著叫只是由於曆史的原因。

電腦編程基礎：棧、堆、堆棧概念區分及理論知識