浅谈堆和栈

浅谈堆和栈

堆和栈都是一种数据项按序列排列的数据结构

简单描述堆和栈:

:像存放东西(数据)的箱子或桶,只能先进后出,即先存放进去的后取,最后放进去的先取

:像一个倒过来的树,是一种经过排序的树形数据结构,每个节点都有一个值,通常说的堆的数据结构,是指二叉堆;堆的特点是根结点的值最小(或最大),且根结点的两个子树也是一个堆。

由于堆的这些特性,常用来实现优先队列,堆的存取是随意,如同我们在图书馆的书架上取书,虽然书的摆放是有顺序的,但是我们想取任意一本时,不必像栈一样,先取出前面所以的书,数据啊这种机制不同于箱子,我们可以直接取出我们想要的书。

堆和栈在内存内部的组织情况(图)

浅谈堆和栈_第1张图片详细图

浅谈堆和栈_第2张图片
解释:

1)栈区(stack)

由操作系统(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,栈使用的是一级缓存,他们通常都是被调用时处于存储空间中,调用完毕立即释放

2)堆区(heap)

一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收,类似于链表,在内存中的分布不是连续的,他们是不同区域的内存块通过指针链接起来的,一旦某一节点从链中断开,我们要人为的把所有断开的节点从内存中释放。堆存放在二级缓存中,生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定,(并不是一旦成为孤儿对象就能被回收)所以调用这些对象的速度要相对来的低一些。

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为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

常量字符串所在区域,程序结束后由系统释放

5)代码区

存放函数体的二进制代码

堆、栈的申请方式和回收方式

栈是由系统自动分配空间的,例如我们定义一个char a;系统会自动在栈上为其开辟空间,而堆则是由程序员根据自己申请的空间,如c语言中的malloc(8),开辟8个字节的空间,go语言中的make函数在初始化引用类型:channel,slice,map时,内存分配通常在堆上进行

由于栈上的空间是自动分配自动回收的,所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中,运行后就释放掉,不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间,就一直可以访问到,不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露

堆栈申请大小的限制

: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。

申请效率的比较:

栈由系统自动分配,速度较快,但程序员无法自己控制

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

堆和栈中的存储内容

由于栈的大小有限,所以用子函数还是有物理意义的,而不仅仅是逻辑意义。

栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令(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,然后是函数中的局部变量,注意静态变量是不入栈的,本地函数调用结束后,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,对红的具体内容由程序员安排

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