经典面试题--堆和栈的区别

堆和栈的区别 (转贴)  2011-01-15 07:14:49
非本人作也!因非常经典,所以收归旗下,与众人阅之!原作者不祥!

堆和栈的区别
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。

数据的分配空间

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          Heap           |
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          Stack         |
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                Const   |(字符串常量通常放在data-const区中)
    data--Common|
                Data     |
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          Code           |
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A   静态数据区：内存在程序启动的时候才被分配，而且可能直到程序开始执行的时候才被初始化，如函数中的静态变量就是在程序第一次执行到定义该变量的代码时才 被初始化。所分配的内存在程序的整个运行期间都存在，如全局变量，static变量等。
注意：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与静态变量在相邻的另一块区域，同时未被初始化的对象存储区可以通过void* 来访问和操纵，程序结束后由系统自行释放。

B   代码区：存放函数体的二进制代码；

C   栈区：存放自动变量。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元由编译器自动释放，超出其作用域外的操作没有 定义。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但分配的内存容量有限。栈存放函数的参数值，局部变量的值等。

D   堆区（自由存储区）：在运行的时候调用程序（如C中的malloc或C++中的new）分配内存，可以在任何时候决定分配内存及分配的大小，用户自己负责 在何时释放内存（如用free或delete）。堆中的所有东西都是匿名的，这样不能按名字访问，而只能通过指针访问。


函数指针指向Code区，是程序运行的指令代码，数据指针指向Data,Heap,Stack区，是程序依赖以运行的各种数据

在文件作用域声明inline函数默认为static存储类型,const常量默认为static存储，如果加上extern，则为外部 存储类型。