程式的記憶體空間 堆空間和棧空間的區別

標籤：

 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，其操作方式類似於資料結構的棧。

用於存放函數的參數值，使用者程式臨時建立的局部變數等，即函數括弧"{}"中定義的變數（但不包括static聲明的變數，static意味著在資料區段中存放變數）。除此之外，在函數被調用時，其參數也會被壓入發起調用的進程棧中，等到調用結束後，函數的傳回值也會被存放回棧中。

由於棧的後進先出特點，所以棧特別方便用來儲存/恢複調用現場。從這個意義上講，可以把棧看成一個寄存、交換臨時資料的記憶體區。

2、堆區（heap）：

一般是由程式員分配釋放，若程式員不釋放的話，程式結束時可能由OS回收。它與資料結構的堆是兩回事，分配方式倒是類似於資料結構的鏈表。

用於存放程式運行中被動態分配的記憶體段，它的大小並不固定，可動態擴張或縮減。

當進程調用malloc等函數分配記憶體時，新分配的記憶體就被動態添加到堆上（堆被擴張）；當利用free等函數釋放記憶體時，被釋放的記憶體從堆中被剔除（堆被縮減）。

3、全域區（static）：也叫待用資料記憶體空間，儲存全域變數和靜態變數，全域變數和靜態變數的儲存是放一塊的，初始化的全域變數和靜態變數放一塊地區，沒有初始化的在相鄰的另一塊地區，程式結束後由系統釋放。

（1）BSS段（Block Started by Symbol）：通常指用來存放程式中未初始化的全域變數的一塊記憶體地區。屬於靜態記憶體配置。

（2）資料區段：通常指用來存放程式中已初始化的全域變數的一塊記憶體地區。屬於靜態記憶體配置。

4、文字常量區：常量字串就是放在這裡，程式結束後由系統釋放。

5、程式碼區：

通常指用來存放程式執行代碼（函數體的二進位代碼）的一塊記憶體地區。

這部分地區的大小在程式運行前就已經確定，並且該記憶體地區通常屬於唯讀，某些架構也允許程式碼片段為可寫，即允許修改程式。

在程式碼片段中，也有可能包含一些唯讀常數變數，如字串常量等。

假如機器中有數個進程運行相同的一個程式，那麼它們就可以使用同一個程式碼片段。

 

堆和棧的區別：
一、由以上綜述就可以得知，他們程式的記憶體配置方式不同。

二、申請和響應不同：
1、申請方式：stack由系統自動分配，heap需要程式員自己申請，C中用函數malloc分配空間，用free釋放，C++用new分配，用delete釋放。
2、申請後系統的響應：
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請的空間，體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的空間的堆結點，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或free語句就能夠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，系統會將多餘的那部分重新放入空閑鏈表中。

三、 申請的大小限制不同：
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地區，棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，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，這是由於系統是由鏈表在儲存空閑記憶體位址，自然堆就是不連續的記憶體地區，且鏈表的遍曆也是從低地址向高地址遍曆的，堆得大小受限於電腦系統的有效虛擬記憶體空間，由此空間，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

四、申請的效率不同：
棧：棧由系統自動分配，速度快，但是程式員無法控制。棧是機器系統提供的資料結構，電腦會在底層對棧提供支援：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。
堆：堆是由程式員自己分配，速度較慢，容易產生片段，不過用起來方便。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很複雜的。

五、堆和棧的儲存內容不同：
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，參數是從右往左入棧的，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。
堆：一般是在堆頭部用一個位元組存放堆的大小，具體內容由程式員安排。

六、片段問題:

對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續，從而造成大量的片段，使程式效率降低。

對於棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進後出得隊列，它們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個記憶體塊從棧中間彈出。

七、分配方式:

堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。

棧有兩種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變數的分配。動態分配由alloc函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，它的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。

程式的記憶體空間 堆空間和棧空間的區別