【轉】數據結構中棧和堆---內存分配中棧和堆
一、數據結構的棧和堆
首先在數據結構上要知道堆棧,盡管我們這麽稱呼它,但實際上堆棧是兩種數據結構:堆和棧。堆和棧都是一種數據項按序排列的數據結構。
1)棧就像裝數據的桶或箱子 我們先從大家比較熟悉的棧說起吧,它是一種具有後進先出性質的數據結構,也就是說後存放的先取,先存放的後取。這就如同我們要取出放在箱子裏面底下的東西(放入的比較早的物體),我們首先要移開壓在它上面的物體(放入的比較晚的物體)。
2)堆像一棵倒過來的樹
而堆就不同了,堆是一種經過排序的樹形數據結構,每個結點都有一個值。通常我們所說的堆的數據結構,是指二叉堆。堆的特點是根結點的值最小(或最大),且根結點的兩個子樹也是一個堆。由於堆的這個特性,常用來實現優先隊列
以上部分轉載於wolenski的博客
二、內存分配中的棧和堆
以下部分轉載於貓已經找不回了的博客
一、預備知識—程序的內存分配
一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分
1、棧區(stack)—
由編譯器自動分配釋放
,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。
2、堆區(heap)
— 一般由程序員分配釋放,
若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回 收 。註意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鏈表,呵呵。
3、全局區(靜態區)(static)—,全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域,未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。
- 程序結束後由系統釋放。
4、文字常量區 —常量字符串就是放在這裏的。
程序結束後由系統釋放
5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。
例子程序
這是一個前輩寫的,非常詳細
1 //main.cpp 2 int a = 0; //全局初始化區 3 char *p1; //全局未初始化區 4 main() 5 { 6 int b; //棧 7 char s[] = "abc"; //棧 8 char *p2; //棧 9 char *p3 = "123456"; //123456/0在常量區,p3在棧上。 10 static int c =0; //全局(靜態)初始化區 11 p1 = (char *)malloc(10); 12 p2 = (char *)malloc(20); 13 //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。 14 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" 優化成一個地方。 */ 15 }
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量
int b; 系統自動在棧中為b開辟空 間
heap: 需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc函數
如p1 = (char
*)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = new
char[10];
但是註意p1、p2本身是在棧中的。
2.2 申請後系統的響應
棧:只要棧的剩余空間大於所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時, 會遍歷該鏈表,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序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的 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內存空間。 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,系統會自動的將多余的那部 分重新放入空閑鏈表中。
2.3 申請大小的限制
棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。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,總之是一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將 提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。
堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲 的空閑內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小 受限於計算機系統中有效的虛擬內存。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。但程序員是無法控制的。
堆是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內存,他不是在堆,也不是在是直接在進程的地址空間中保留一塊內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。
2.5 堆和棧中的存儲內容
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量。註意靜態變量是不入棧的。當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。
堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。
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是在編譯時就確定的。但是,在以後的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。比如:
1 #include 2 void main() 3 { 4 char a = 1; 5 char c[] = "1234567890"; 6 char *p ="1234567890"; 7 a = c[1]; 8 a = p[1]; 9 return; 10 }
對應的匯編代碼
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符串中的元素讀到寄存器cl中,而第二種則要先把指針值到edx中,再根據edx讀取字符,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裏吃飯,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。 (經典!)
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