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堆和棧的理解

啟動 操作系統 category 緩存 存儲空間 結果 來講 集中 申請

  棧,在執行函數時,函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建,函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內存容量有限。
  堆,就是那些由new分配的內存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉,那麽在程序結束後,操作系統會自動回收

堆和棧主要的區別有以下幾點:
  1、管理方式不同;
  2、空間大小不同;
  3、能否產生碎片不同;
  4、生長方向不同;
  5、分配方式不同;
  6、分配效率不同;

管理方式:對於棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對於堆來說,釋放工作由程序員控制,容易產生memory leak。



  空間大小:一般來講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麽限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的棧空間大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:

  打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。

  註意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面,它設置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內存的開銷和啟動時間。

  碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進後出的隊列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考數據結構,這裏我們就不再一一討論了。


  生長方向:對於堆來講,生長方向是向上的,也就是向著內存地址增加的方向;對於棧來講,它的生長方向是向下的,是向著內存地址減小的方向增長。

  分配方式:堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2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,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。

  分配效率:棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持: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。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。


  從這裏我們可以看到,堆和棧相比,由於大量new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片;由於沒有專門的系統支持,效率很低;由於可能引發用戶態和核心態的切換,內存的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數的調用也利用棧去完成,函數調用過程中的參數,返回地址,EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以,我們推薦大家盡量用棧,而不是用堆。

  雖然棧有如此眾多的好處,但是由於和堆相比不是那麽靈活,有時候分配大量的內存空間,還是用堆好一些。

  無論是堆還是棧,都要防止越界現象的發生(除非你是故意使其越界),因為越界的結果要麽是程序崩潰,要麽是摧毀程序的堆、棧結構,產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程中,沒有發生上面的問題,你還是要小心,說不定什麽時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的。

一、堆棧空間分配區別
  1、棧(操作系統):操作系統自動分配釋放 ,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(操作系統): 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,分配方式倒是類似於鏈表
二、堆棧緩存方式區別
  1、棧使用的是一級緩存, 他們通常都是被調用時處於存儲空間中,調用完畢立即釋放;
  2、堆是存放在二級緩存中,生命周期由虛擬機的垃圾回收算法來決定(並不是一旦成為孤兒對象就能被回收)。所以調用這些對象的速度要相對來得
低一些。

三、堆棧數據結構區別:
  堆(數據結構):堆可以被看成是一棵樹,如:堆排序;
  棧(數據結構):一種先進後出的數據結構。

堆和棧的理解