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关于堆和栈的理论知识

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。\” />

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1、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:

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。

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。

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。

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。

程序代码区:存放函数体的二进制代码。

例子程序:

http://news.vvfanli.com/wp-content/uploads/2022/03/20220313063443-622d9083c924b.png

2、堆和栈的理论知识

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 = new char[10];

但是注意p1、p2本身是在栈中的。

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。

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。

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。

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。

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:

http://news.vvfanli.com/wp-content/uploads/2022/03/20220313063446-622d90861ab27.png

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。

3、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。

原文标题:详解:堆和栈的区别

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审核编辑:汤梓红

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作者: admin

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