內存裏的堆和棧、只讀區、靜態全局區

在計算機領域，堆棧是一個不容忽視的概念，咱們編寫的C語言程序基本上都要用到。但對於不少的初學着來講，堆棧是一個很模糊的概念。

堆棧：一種數據結構、一個在程序運行時用於存放的地方，這多是不少初學者的認識，由於我曾經就是這麼想的和彙編語言中的堆棧一詞混爲一談。我身邊的一些編程的朋友以及在網上看帖遇到的朋友中有好多也說不清堆棧，因此我想有必要給你們分享一下我對堆棧的見解，有說的不對的地方請朋友們不吝賜教，這對於你們學習會有很大幫助。

 

數據結構的棧和堆

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首先在數據結構上要知道堆棧，儘管咱們這麼稱呼它，但實際上堆棧是兩種數據結構：堆和棧。

堆和棧都是一種數據項按序排列的數據結構。

棧就像裝數據的桶或箱子

咱們先從你們比較熟悉的棧提及吧，它是一種具備後進先出性質的數據結構，也就是說後存放的先取，先存放的後取。

這就如同咱們要取出放在箱子裏面底下的東西（放入的比較早的物體），咱們首先要移開壓在它上面的物體（放入的比較晚的物體）。

堆像一棵倒過來的樹

• 而堆就不一樣了，堆是一種通過排序的樹形數據結構，每一個結點都有一個值。
• 一般咱們所說的堆的數據結構，是指二叉堆。
• 堆的特色是根結點的值最小（或最大），且根結點的兩個子樹也是一個堆。

因爲堆的這個特性，經常使用來實現優先隊列，堆的存取是隨意，這就如同咱們在圖書館的書架上取書，雖然書的擺放是有順序的，可是咱們想取任意一本時沒必要像棧同樣，先取出前面全部的書，書架這種機制不一樣於箱子，咱們能夠直接取出咱們想要的書。

 

內存分配中的棧和堆

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然而我要說的重點並不在這，我要說的堆和棧並非數據結構的堆和棧，之因此要說數據結構的堆和棧是爲了和後面我要說的堆區和棧區區別開來，請你們必定要注意。

下面就說說C語言程序內存分配中的堆和棧，這裏有必要把內存分配也提一下，你們不要嫌我囉嗦，通常狀況下程序存放在Rom（只讀內存，好比硬盤）或Flash中，運行時須要拷到RAM（隨機存儲器RAM）中執行，RAM會分別存儲不一樣的信息，以下圖所示：

 

 

內存中的棧區處於相對較高的地址以地址的增加方向爲上的話，棧地址是向下增加的。

棧中分配局部變量空間，堆區是向上增加的用於分配程序員申請的內存空間。另外還有靜態區是分配靜態變量，全局變量空間的；只讀區是分配常量和程序代碼空間的；以及其餘一些分區。

 

來看一個網上很流行的經典例子：

main.cpp 

 1 int a = 0; //全局初始化區 
 2 char *p1; //全局未初始化區 
 3 main() 
 4 { 
 5     int b; //棧 
 6     char s[] = "abc"; //棧 
 7     char *p2; //棧 
 8     char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區，p3在棧上。 
 9     static int c =0； //全局（靜態）初始化區 
10     p1 = (char *)malloc(10); //堆 
11     p2 = (char *)malloc(20);  //堆 
12 }

 

0.申請方式和回收方式不一樣

不知道你是否有點明白了。

堆和棧的第一個區別就是申請方式不一樣：棧（英文名稱是stack）是系統自動分配空間的，例如咱們定義一個 char a；系統會自動在棧上爲其開闢空間。而堆（英文名稱是heap）則是程序員根據須要本身申請的空間，例如malloc（10）；開闢十個字節的空間。

因爲棧上的空間是自動分配自動回收的，因此棧上的數據的生存週期只是在函數的運行過程當中，運行後就釋放掉，不能夠再訪問。而堆上的數據只要程序員不釋放空間，就一直能夠訪問到，不過缺點是一旦忘記釋放會形成內存泄露。還有其餘的一些區別我認爲網上的朋友總結的不錯這裏轉述一下：

 

1.申請後系統的響應

棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。

堆：首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內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存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。 

也就是說堆會在申請後還要作一些後續的工做這就會引出申請效率的問題。

 

2.申請效率的比較

根據第0點和第1點可知。

棧：由系統自動分配，速度較快。但程序員是沒法控制的。

堆：是由new分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片,不過用起來最方便。

 

3.申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小。 

堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是因爲系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。

 

4.堆和棧中的存儲內容

因爲棧的大小有限，因此用子函數仍是有物理意義的，而不只僅是邏輯意義。

棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中函數調用後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。 
當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。 

堆：通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

 

5.存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；放在棧中。 
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就肯定的；放在堆中。 
可是，在之後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。 

好比： 

#include 
void main() 
{ 
  char a = 1; 
  char c[] = "1234567890"; 
  char *p ="1234567890"; 
  a = c[1]; 
  a = p[1]; 
  return; 
} 

 

關於堆和棧區別的比喻

堆和棧的區別能夠引用一位前輩的比喻來看出： 

使用棧就象咱們去飯館裏吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，沒必要理會切菜、洗菜等準備工做和洗碗、刷鍋等掃尾工做，他的好處是快捷，可是自由度小。 

使用堆就象是本身動手作喜歡吃的菜餚，比較麻煩，可是比較符合本身的口味，並且自由度大。比喻很形象，說的很通俗易懂，不知道你是否有點收穫。

 

全局變量、局部變量、靜態全局變量、靜態局部變量的區別是：

 

1. 生存週期不一樣
2. 做用範圍不一樣
3. 分配方式不一樣

1. 全局變量具備全局做用域。全局變量只需在一個源文件中定義，就能夠做用於全部的源文件。固然，其餘不包含全局變量定義的源文件須要用extern 關鍵字再次聲明這個全局變量。
2. 局部變量也只有局部做用域，它是自動對象（auto），它在程序運行期間不是一直存在，而是隻在函數執行期間存在，函數的一次調用執行結束後，變量被撤銷，其所佔用的內存也被收回。
3. 靜態局部變量具備局部做用域，它只被初始化一次，自從第一次被初始化直到程序運行結束都一直存在，它和全局變量的區別在於全局變量對全部的函數都是可見的，而靜態局部變量只對定義本身的函數體始終可見。
4. 靜態全局變量也具備全局做用域，它與全局變量的區別在於若是程序包含多個文件的話，它做用於定義它的文件裏，不能做用到其它文件裏，即被static關鍵字修飾過的變量具備文件做用域。這樣即便兩個不一樣的源文件都定義了相同名字的靜態全局變量，它們也是不一樣的變量。

從分配內存空間看：全局變量，靜態局部變量，靜態全局變量都在靜態存儲區分配空間，而局部變量在棧裏分配空間。

從以上分析能夠看出， 把局部變量改變爲靜態變量後是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變爲靜態變量後是改變了它的做用域，限制了它的使用範圍。所以static 這個說明符在不一樣的地方所起的做用是不一樣的。