堆和棧

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1 區堆和棧

1.1 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）— 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。

1.2 例子程式 　

　//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); [1] 　　p2 = (char *)malloc(20); 　　} 　

　分配得來的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。

2 理論知識

2.1 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 = new char[20];//(char *)malloc(10); 　　但是注意p1、p2本身是在棧中的。他們儲存 的是堆上的地址。 

2.2 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，（首次使用演算法）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（當剩餘部分較大時）。

2.3 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 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,而是直接在進程的地址空間中保留一塊記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活

2.5 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。

2.6 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，再根據edx讀取字元，顯然慢了。

2.7 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。

3 補充說明 　　堆棧是一種儲存組件，即資料的寫入跟讀出不需要提供地址，而是根據寫入的順序決定讀出的順序 　　形象來說，棧就是一條流水線，而流水線中加工的就是方法的主要程式，在分配棧時，由於程式是自上而下順序執行，就將程式指令一條一條壓入棧中，就像流水線一樣。而堆上站著的就是工作人員，他們加工流水線中的商品，由程式員分配：何時加工，如何加工。而我們通常使用new運算子為對象在堆上分配記憶體（C#），堆上尋找對象的任務交給控制代碼，而棧中由棧指標管理

本文分享自http://baike.so.com/doc/4915223.html