C++中的堆和栈

在C++中，内存分为5个区：堆、栈、自由存储区、静态存储区(或全局存储区)和常量存储区。
堆和栈都是C++的内存存储区之一，下面介绍堆和栈对比用法：

1.管理方式和分配效率：

栈是机器系统提供的数据结构，是FILO(First In Last Out)结构，计算机底层对它进行了支持，栈的内存分配内置于处理器的指令集（分配了专门的寄存器存放栈的地址，压栈和出栈都有专门的指令），这也就决定了栈的分配效率较高。
堆是由C/C++函数库提供的，由一套复杂的算法实现。堆中有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到进程的空间申请时，根据使用的分配算法找到合适的地址空间。（比如first-fit算法：遍历此链表，找到第一个空间大于申请大小的空闲内存分配给进程，从空闲链表中将此节点删除，并记录此次分配的大小，添加到已分配内存链表中，另外将多余的空闲空间添加到空闲链表中，将分配内存的首地址返回给进程使用）此后进程可以合理地使用这块空间，有时由于申请的空间太大，空闲链表中找不到合适的内存，系统会使用mmap扩展有效堆内存，以获得更多的虚拟地址空间。基于以上，堆的申请效率较低。

2.空间特点：

栈的空间较小，windows下栈的大小是一个在编译时就确定的常量，通常是1M或2M，在unbutu下一般是8M，Centos下是10M，可以通过ulimit -a查看，ulimit -s进行修改。
栈是一块连续的空间，每次申请也是申请连续的大小。
堆的空间较大，一般和系统有关，32位系统堆大小一般为4G。
堆是由空闲内存地址链表管理，堆空间是不连续的申请，每次申请都是在空闲空间链表上找合适大小的空闲空间进行分配。

3.内存碎片：

由于栈是系统进行分配和释放，而且由于栈这种数据结构的特点FILO，不会出现间隔的分配，所以栈不会有产生内存碎片，而堆是由程序员手动进行分配和释放，存在碎片。

4.分配方式：

栈是由系统分配和释放，当申请的空间小于剩余的空间则进行分配，否则抛出stack overflow。
栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配(alloca不具可移植性, 而且在没有传统堆栈的机器上很难实现)，用完由编译器自动释放，如果手动释放会出错。
alloca的函数具体用法：
头文件： malloc.h
函数原型：void * __cdecl alloca(size_t);

#include 
#include 
int main()
{	
	int *p = (int *)alloca(sizeof(int)*10);
	free(p); //error,空间在栈中，手动释放是报错
	return 0;
}

堆是由程序员自己进行申请和释放，使用new和malloc等申请，对应的由delete和free进行释放。使用灵活，但容易发生内存泄露（memory leak）申请的空间可以很大。在项目很大时，难免发生内存泄露。较好的选择是重载new和delete，跟踪定位程序发生内存泄露的地方。

5.生长方向：

栈的生长方向是向下生长，即由内存高地址向低地址生长。
堆的生长方向是向上生长，由内存的低地址向高地址生长。
堆和栈之间由一层临界区，大小可以进行修改，如果栈的空间到达临界区，则会提示stack overflow。