一文看懂堆和棧的區(qū)別和聯(lián)系

堆和棧概要

在計算機(jī)領(lǐng)域，堆棧是一個不容忽視的概念，堆棧是兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。堆棧都是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能在一端（稱為棧頂（top））對數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行插入和刪除。在單片機(jī)應(yīng)用中，堆棧是個特殊的存儲區(qū)，主要功能是暫時存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。

堆和棧的要點(diǎn)

堆，隊(duì)列優(yōu)先，先進(jìn)先出（FIFO—firstinfirstout）。

棧，先進(jìn)后出（FILO—First-In/Last-Out）。

一般情況下，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆。

堆和棧的對比分析

1、堆?？臻g分配

棧（操作系統(tǒng)）：由操作系統(tǒng)自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。

堆（操作系統(tǒng)）：一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收，分配方式倒是類似于鏈表

2、堆棧緩存方式

棧使用的是一級緩存，他們通常都是被調(diào)用時處于存儲空間中，調(diào)用完畢立即釋放。

堆則是存放在二級緩存中，生命周期由虛擬機(jī)的垃圾回收算法來決定（并不是一旦成為孤兒對象就能被回收）。所以調(diào)用這些對象的速度要相對來得低一些。

3、堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)別

堆（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序。

棧（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）：一種先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

堆和棧的聯(lián)系

主函數(shù)先進(jìn)棧，在棧中定義一個變量arr，接下來為arr賦值，但是右邊不是一個具體值，是一個實(shí)體。實(shí)體創(chuàng)建在堆里，在堆里首先通過new關(guān)鍵字開辟一個空間，內(nèi)存在存儲數(shù)據(jù)的時候都是通過地址來體現(xiàn)的，地址是一塊連續(xù)的二進(jìn)制，然后給這個實(shí)體分配一個內(nèi)存地址。數(shù)組都是有一個索引，數(shù)組這個實(shí)體在堆內(nèi)存中產(chǎn)生之后每一個空間都會進(jìn)行默認(rèn)的初始化（這是堆內(nèi)存的特點(diǎn)，未初始化的數(shù)據(jù)是不能用的，但在堆里是可以用的，因?yàn)槌跏蓟^了，但是在棧里沒有），不同的類型初始化的值不一樣。所以堆和棧里就創(chuàng)建了變量和實(shí)體：

給堆分配了一個地址，把堆的地址賦給arr，arr就通過地址指向了數(shù)組。所以arr想操縱數(shù)組時，就通過地址，而不是直接把實(shí)體都賦給它。這種我們不再叫他基本數(shù)據(jù)類型，而叫引用數(shù)據(jù)類型。稱為arr引用了堆內(nèi)存當(dāng)中的實(shí)體。（可以理解為c或c++的指針，Java成長自c++和c++很像，優(yōu)化了c++）

如果當(dāng)int［］arr=null;

arr不做任何指向，null的作用就是取消引用數(shù)據(jù)類型的指向。

當(dāng)一個實(shí)體，沒有引用數(shù)據(jù)類型指向的時候，它在堆內(nèi)存中不會被釋放，而被當(dāng)做一個垃圾，在不定時的時間內(nèi)自動回收，因?yàn)镴ava有一個自動回收機(jī)制，（而c++沒有，需要程序員手動回收，如果不回收就越堆越多，直到撐滿內(nèi)存溢出，所以Java在內(nèi)存管理上優(yōu)于c++）。自動回收機(jī)制（程序）自動監(jiān)測堆里是否有垃圾，如果有，就會自動的做垃圾回收的動作，但是什么時候收不一定。

所以堆與棧的區(qū)別很明顯：

1.棧內(nèi)存存儲的是局部變量而堆內(nèi)存存儲的是實(shí)體；

2.棧內(nèi)存的更新速度要快于堆內(nèi)存，因?yàn)榫植孔兞康纳芷诤芏蹋?/p>

3.棧內(nèi)存存放的變量生命周期一旦結(jié)束就會被釋放，而堆內(nèi)存存放的實(shí)體會被垃圾回收機(jī)制不定時的回收。

堆與棧的主要區(qū)別

1、管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memoryleak。

2、空間大小：一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認(rèn)的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改：

3、打開工程，依次操作菜單如下：Project-》Setting-》Link，在Category中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。

注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。

4、碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個問題，因?yàn)闂Ｊ窍冗M(jìn)后出的隊(duì)列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出，詳細(xì)的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。

5、生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。

6、分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實(shí)現(xiàn)。

7、分配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。