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什么是堆和栈

一、预备知识—程序的内存分配

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分

1、栈区(stack)—   由编译器自动分配释放   ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其

操作方式类似于 数据结构 中的栈。

2、堆区(heap)   —   一般由程序员分配释放,   若程序员不释放,程序结束时可能由OS回

收   。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表,呵呵。

3、全局区(静态区)(static)—,全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的

全局变量和静态变量在一块区域,   未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另

一块区域。   –   程序结束后由系统释放。

4、文字常量区   —常量字符串就是放在这里的。   程序结束后由系统释放

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

二、例子程序

这是一个前辈写的,非常详细

//main.cpp

int   a   =   0;   全局初始化区 char   *p1;   全局未初始化区 main() { int   b;   栈 char   s[]   =   "abc";   栈 char   *p2;   栈 char   *p3   =   "123456";   123456/0在常量区,p3在栈上。 static   int   c   =0;   全局(静态)初始化区 p1   =   (char   *)malloc(10); p2   =   (char   *)malloc(20); 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。 strcpy(p1,   "123456");   123456/0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456" 优化成一个地方。 } 

二、堆和栈的理论知识

2.1申请方式

stack:

由系统自动分配。   例如,声明在函数中一个局部变量   int   b;   系统自动在栈中为b开辟空

heap:

需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数

如p1   =   (char   *)malloc(10);

在C++中用new运算符

如p2   =   new   char[10];

但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2.2

申请后系统的响应

栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢

出。

堆:首先应该知道 操作系统 有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,

会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表

中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的

首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。

另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部

分重新放入空闲链表中。

2.3申请大小的限制

栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意

思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是2M(也有

的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将

提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储

的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小

受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

2.4申请效率的比较:

栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

堆是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.

另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是

直接在进程的地址空间中保留一块内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

2.5堆和栈中的存储内容

栈:   在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可

执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈

的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地

址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。

堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

2.6存取效率的比较

char   s1[]   =   “aaaaaaaaaaaaaaa”;

char   *s2   =   “bbbbbbbbbbbbbbbbb”;

aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;

而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;

但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。

比如:

  #include       void  main()       {       char  a  =  1;       char  c[]  =  "1234567890";       char  *p  ="1234567890";       a  =  c[1];       a  =  p[1];       return;       } 

对应的汇编代码 :

 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 

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,再根据edx读取字符,显然慢了。

例如:顺序栈AStack的类定义 template < class T > class AStack { private: int size ; // 数组的规模 T * stackArray ; // 存放堆栈元素的数组 int top ; // 栈顶所在数组元素的下标 public: AStack ( int MaxStackSize ) // 构造函数 { size = MaxStackSize ; stackArray = new T [MaxStackSize] ; top = -1 ; } ~AStack ( ) { delete [ ] stackArray ; } // 析构函数 bool Push ( const T& item ) ; // 向栈顶压入一个元素 bool Pop ( T & item ) ; // 从栈顶弹出一个元素 bool Peek ( T & item ) const ; // 存取栈顶元素 int IsEmpty ( void ) const { return top = = -1 ; } // 检测栈是否为空 int IsFull ( void ) const { return top   size-1 ; } // 检测栈是否为满 void clear ( void ) { top-1 ; } // 清空栈 } ; 

2.7小结:

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:

使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就

走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自

由度小。

使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由

度大。

原文链接: http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4141043

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