轉：C++堆與棧的區別

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，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

 1  
 2 //main.cpp 
 3 
 4 int a = 0;// 全域初始化區 
 5 char *p1; //全域未初始化區 
 6 main() 
 7 { 
 8  int b; //棧 
 9  char s[] = "abc"; //棧 
10  char *p2; //棧 
11  char *p3 = "123456"; //"123456\0"在常量區,p3在棧上
12  static int c =0; //全域(靜態)初始化區 
13  p1 = (char *)malloc(10); 
14  p2 = (char *)malloc(20);  //分配得來得10和20位元組的地區就在堆區
15  strcpy(p3, "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
16 }

 

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： 

1 void main() 
2 { 
3     char a = 1; 
4     char c[] = "1234567890"; 
5     char *p ="1234567890"; 
6     a = c[1]; 
7     a = p[1]; 
8     return; 
9 } 

 

 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