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堆(heap)與棧(stack)的區別(一)

堆區(heap):一般由程式設計師分配和釋放,若程式設計師不釋放,程式結束時可能由作業系統回收,但它與資料結構中的堆不是一回事,分配方式類似於連結串列。

 

棧(stack):由編譯器自動分配和釋放,存函式的引數值,區域性變數等,其操作方式類似於資料結構中的棧。

 

全域性區(靜態區)(static):全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的,初始化的全域性變數和靜態變數在塊區域,未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域,程式結束後由系統釋放。

文字常量區:存放常量字串,程式結束後由系統釋放。

程式程式碼區:存放函式的二進位制程式碼。

 

以下是一段實際說明的程式程式碼:

int a = 0 //全域性初始化區

int *p1 //全域性未初始化區

main()

{

int b; //棧

char s[] ="abc": //棧

char *p2 ; //棧

char *p3 = "123456"; //123456在常量區,p3在棧上

 

static int c = 0 //全域性(靜態)初始化區

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20); //分配的10和20位元組的區域就在堆區

 

strcpy(p1, "123456"); //123456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。

}

 

堆與棧的一些區別:

1.申請後的響應:

堆:

作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列,當系統收到程式的申請時,會遍歷該連結串列,尋找第一個空間大於所申請空間的堆節點,然後將該節點從空閒節點連結串列中刪除,並將該節點的空間分配給程式。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,程式碼中的delete語句就能正確的釋放這些記憶體空間。另外,由於找到的堆節點大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動將多餘的那部分重新放入空閒連結串列中。

棧:

只要棧的剩餘空間大於申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則將報異常提示棧溢位。

2.申請大小的限制:

堆:

堆是向高地址擴充套件的資料結構,是不連續的記憶體區域,這是由於系統使用連結串列儲存空閒記憶體地址的,自然是不連續的。而連結串列的遍歷方式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記憶體,由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。

棧:

在windows下,棧是向低地址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體的區域,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2MB(也有說是1MB,總之是一個一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間,將提示overflow,因此,能從棧獲得的空間比較小。

3.申請效率對的比較:

堆:是由程式設計師使用new分配的記憶體,一般速度比較慢,而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便。

棧:由系統自動分配,速度較快,但程式設計師無法控制。

在wondows下,最好的方式是使用VirtualAlloc分配記憶體,不是在堆,也不是在棧,而是直接在程序的地址空間中保留一塊記憶體,雖然用起來最不方便,但是速度最快,也最靈活。

4.堆和棧中儲存的內容:

堆:一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小,堆中的具體內容由程式設計師安排。

棧:在函式呼叫時,第一個進棧的是主函式中的下一條命令(函式呼叫語句的嚇一跳可執行語句)地址,然後是函式的各個引數,在大多數C編譯器中,引數是由右往左入棧的,然後是函式中的區域性變數,靜態變數是不入棧的。

當本次函式呼叫結束後,區域性變數先出棧,然後是引數,最後棧頂指標指向最開始存的地址,也就是主函式中的下一條指令,程式由該點繼續執行。

5.存取效率:

在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)塊。

 

全域性變數放在資料段,函式內部變數static int ncount放在資料段,函式內部變數char *p = "AAA",p的位置在堆疊,指向空間的位置為資料段,函式內部變數char *p = new char;,p的位置是在堆疊,指向空間的位置為堆。

 

對於一個程序的記憶體空間而言,可以在邏輯上分成三個部分:程式碼區,靜態資料區和動態資料區,動態資料區一般就是“堆疊”。“堆”和“棧”是兩種不同的動態資料區,棧是一種線性結構,堆是一種鏈式結構,程序的每一個執行緒都有私有的“棧”,每個執行緒雖然程式碼一樣,但是本地變數的資料都是互補干擾的。

一個堆疊可以通過“基地址”和“棧頂”地址來描述,全域性變數和靜態變數分配在靜態資料區,本地變數分配在動態資料區,即堆疊中。程式通過堆疊的基地址和偏移量來訪問本地變數。

 

demo:

#define <stdio.h>

#define <stdlib.h>

int a = 1024;

int test(int c)

{

static int b[20];

int *p = (int *)malloc(c*sizeof(int));

}

int main()

{

test(a*1024);

return 0;

}

c分佈在棧(stack)區,p分佈在棧(static)區,但是其分配的位元組空間在堆(heap)區,b分佈在全域性靜態初始化區。在windows中,對於一般沒有free的malloc,在程序正常結束時是可以回收的,不管使用者怎麼malloc,在程序結束時,其虛擬地址空間就會被直接銷燬,作業系統只需要在程序結束時讓記憶體管理模組吧分頁檔案中與此程序相關的記錄全部刪除,標記為“可用空間”,就可以是所有申請的北村都一次性的回收。但是,這裡有一個條件,即使程序在退出時才行,這裡的回收是在windows作業系統上,其他系統不一定有。