堆和栈的区别

原文地址：http://blog.tianya.cn/blogger/post_show.asp?BlogID=462085&PostID=8462168&idWriter=0&Key=0

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。 - 程序结束后有系统释放 
　　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开辟空间 
　　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 = (char *)malloc(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快内存，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。堆中的具体内容有程序员安排。
　　
　　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，在根据edx读取字符，显然慢了。 
　　
　　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。