堆和棧的區別[匯入]

堆： 　是大家共有的空間，分全域堆和局部堆。全域堆就是所有沒有分配的空 

間，局部堆就是使用者指派的空間。堆在作業系統對進程 初始化的時候分配，運 

行過程中也可以向系統要額外的堆，但是記得用完了要還給作業系統，要不然就 

是記憶體流失。堆裡面一般 放的是待用資料，比如　Ｓｔａｔｉｃ的資料和字元 

串常量等，資源載入後一般也放在堆裡面。一個進程的所有線程共有這些堆 ， 

所以對堆的操作要考慮同步和互斥的問題。程式裡面編譯後的資料區段都是堆的一 

部分。 

棧： 是個線程專屬的，儲存其運行狀態和局部自動變數的。棧線上程開始的時 

候初始化，每個線程的棧互相獨立，因此 ，棧是　thread safe的。每個Ｃ　＋ 

＋對象的資料成員也存在在棧中，每個函數都有自己的棧，棧被用來在函數 之 

間傳遞參數。作業系統在切換線程的時候會自動的切換棧，就是切換　ＳＳ／Ｅ 

ＳＰ寄存器。棧空間不需要在進階語言裡面顯式的分配 和釋放。 

堆和棧的區別 

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 

。 

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。 - 程式結束後由系統釋放。 

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 
CODE:  [Copy to clipboard] 
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//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{row.content}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{row.content}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（也可能是1M，它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： 
CODE:  [Copy to clipboard] 
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----------- 

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 
CODE:  [Copy to clipboard] 
--------------------------------------------------------------------- 

----------- 

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 

針值讀到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。 

一般認為在c中分為這幾個儲存區 

1棧 - 有編譯器自動分配釋放 
2堆 - 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 
3全域區（靜態區），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。 
- 程式結束釋放 
4另外還有一個專門放常量的地方。 - 程式結束釋放 
在函數體中定義的變數通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配記憶體的函數分配得到的就是 
在堆上。在所有函數體外定義的是全域量，加了static修飾符後不管在哪裡都存放在全域區（靜態 
區）,在所有函數體外定義的static變數表示在該檔案中有效，不能extern到別的檔案用，在函數體內 
定義的static表示只在該函數體內有效。另外，函數中的"adgfdf"這樣的字串存放在常量區。 
比如： 
代碼: 

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"最佳化成一塊。 
} 

還有就是函數調用時會在棧上有一系列的保留現場及傳遞參數的操作。 
棧的空間大小有限定，vc的預設是2M。棧不夠用的情況一般是程式中分配了大量數組和遞迴函式層次太 
深。有一點必須知道，當一個函數調用完返回後它會釋放該函數中所有的棧空間。棧是由編譯器自動管 
理的，不用你操心。 
堆是動態分配記憶體的，並且你可以分配使用很大的記憶體。但是用不好會產生記憶體流失。 
並且頻繁地malloc和free會產生記憶體片段（有點類似磁碟片段），因為c分配動態記憶體時是尋找匹配的 
記憶體的。而用棧則不會產生片段。 
在棧上存取資料比通過指標在堆上存取資料快些。 
一般大家說的堆棧和棧是一樣的，就是棧(stack)，而說堆時才是堆heap. 
棧是先入後出的，一般是由高地址向低地址生長。 
轉載的另外一篇： 

堆(heap)和棧(stack)是C/C++編程不可避免會碰到的兩個基本概念。首先，這兩個概念都可以在講資料 
結構的書中找到，他們都是基本的資料結構，雖然棧更為簡單一些。 
在具體的C/C++編程架構中，這兩個概念並不是並行的。對底層機器代碼的研究可以揭示，棧是機器系 
統提供的資料結構，而堆則是C/C++函數庫提供的。 
具體地說，現代電腦(串列執行機制)，都直接在代碼底層支援棧的資料結構。這體現在，有專門的寄 
存器指向棧所在的地址，有專門的機器指令完成資料入棧出棧的操作。 
這種機制的特點是效率高，支援的資料有限，一般是整數，指標，浮點數等系統直接支援的資料類型， 
並不直接支援其他的資料結構。因為棧的這種特點，對棧的使用在程式中是非常頻繁的。對子程式的調 
用就是直接利用棧完成的。機器的call指令裡隱含了把返回地址推入棧，然後跳轉至子程式地址的操 
作，而子程式中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址並跳轉之的操作。C/C++中的自動變數是直接利 
用棧的例子，這也就是為什麼當函數返回時，該函數的自動變數自動失效的原因。 

和棧不同，堆的資料結構並不是由系統(無論是機器系統還是作業系統)支援的，而是由函數庫提供的。 
基本的malloc/realloc/free函數維護了一套內部的堆資料結構。當程式使用這些函數去獲得新的記憶體 
空間時，這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的記憶體空間，如果沒有可以使用的記憶體空間，則試圖利 
用系統調用來動態增加程式資料區段的記憶體大小，新分配得到的空間首先被組織進內部堆中去，然後再以 
適當的形式返回給調用者。當程式釋放分配的記憶體空間時，這片記憶體空間被返回內部堆結構中，可能會 
被適當的處理(比如和其他空閑空間合并成更大的空閑空間)，以更適合下一次記憶體配置申請。這套複雜 
的分配機制實際上相當於一個記憶體配置的緩衝池(Cache)，使用這套機制有如下若干原因： 

1. 系統調用可能不支援任意大小的記憶體配置。有些系統的系統調用只支援固定大小及其倍數的記憶體請 
求(按頁分配)；這樣的話對於大量的小記憶體分類來說會造成浪費。 

2. 系統調用申請記憶體可能是代價昂貴的。系統調用可能涉及使用者態和核心態的轉換。 

3. 沒有管理的記憶體配置在大量複雜記憶體的分配釋放操作下很容易造成記憶體片段。 

堆和棧的對比 

從以上知識可知，棧是系統提供的功能，特點是快速高效，缺點是有限制，資料不靈活；而棧是函數庫 
提供的功能，特點是靈活方便，資料適應面廣泛，但是效率有一定降低。棧是系統資料結構，對於進 
程/線程是唯一的；堆是函數庫內部資料結構，不一定唯一。不同堆分配的記憶體無法互相操作。棧空間 
分靜態分配和動態分配兩種。靜態分配是編譯器完成的，比如自動變數(auto)的分配。動態分配由 
alloca函數完成。棧的動態分配無需釋放(是自動的)，也就沒有釋放函數。為可移植的程式起見，棧的 
動態分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態，雖然程式結束時所有的資料空間都會被釋放回 
系統，但是精確的申請記憶體/釋放記憶體匹配是良好程式的基本要素