C語言中堆和棧的區(qū)別

基礎知識 ????堆棧是一種簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構，是一種只允許在其一端進行插入或刪除的線性表。允許插入或刪除操作的一端稱為棧頂，另一端稱為棧底，對堆棧的插入和刪除操作被稱為入棧和出棧。 ????有一組CPU指令可以實現(xiàn)對進程的內(nèi)存實現(xiàn)堆棧訪問。 ????其中，POP指令實現(xiàn)出棧操作，PUSH指令實現(xiàn)入棧操作。CPU的ESP寄存器存放當前線程的棧頂指針，EBP寄存器中保存當前線程的棧底指針。 ????CPU的EIP寄存器存放下一個CPU指令存放的內(nèi)存地址，當CPU執(zhí)行完當前的指令后，從EIP寄存器中讀取下一條指令的內(nèi)存地址，然后繼續(xù)執(zhí)行。

程序內(nèi)存的分配

????一個由C/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分：

棧區(qū)（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，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)構中的棧。

堆區(qū)（heap） — 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 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。

全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）（static）—，全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。- 程序結(jié)束后有系統(tǒng)釋放

文字常量區(qū)—常量字符串就是放在這里的。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放

程序代碼區(qū)—存放函數(shù)體的二進制代碼。

例子程序

????這是一個前輩寫的，非常詳細。

堆和棧的理論知識

1 申請方式

??? stack:由系統(tǒng)自動分配。例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間。 ??? heap:需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù)。 ????如

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(10);

?

2 申請后系統(tǒng)的響應

????棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報異常提示棧溢出。 ????堆：首先應該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

3 申請大小的限制

????棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數(shù)），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。 ????堆：堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4 申請效率的比較：

????棧由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。 ????堆是由new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，不過用起來最方便。 ????另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內(nèi)存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

5 堆和棧中的存儲內(nèi)容

????棧：在函數(shù)調(diào)用時，第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。 ????當本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。 ????堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

6 存取效率的比較

????char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; ????char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; ??? aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的； ????而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的； ????但是，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(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;
}

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

?

7 小結(jié)

????堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出： ????使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。? ? ?使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大?！　?/p>