关于堆和栈的理论知识

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：

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：

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