堆棧的區別及增加方向

一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分爲如下幾個部分 一、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。 二、堆區（heap） — 通常由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表，呵呵。 三、全局區（靜態區）（static）—，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。 - 程序結束後有系統釋放 四、文字常量區 —常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放 五、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。 2、例子程序 這是一個前輩寫的，很是詳細 //main.cpp int a = 0; 全局初始化區 char *p1; 全局未初始化區 main() { int b; 棧 char s[] = "abc"; 棧 char *p2; 棧 char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區，p3在棧上。 static int c =0； 全局（靜態）初始化區 p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); 分配得來得10和20字節的區域就在堆區。 strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。 } 2、堆和棧的理論知識 2.1申請方式 stack: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間 heap: 須要程序員本身申請，並指明大小，在c中malloc函數 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new運算符 如p2 = (char *)malloc(10); 可是注意p一、p2自己是在棧中的。 2.2 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。 2.3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。 2.4申請效率的比較： 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. 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，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存，雖然用起來最不方便。可是速度快，也最靈活。 2.5堆和棧中的存儲內容 棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（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。 2.6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是在編譯時就肯定的； 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： ＃i nclude void main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char *p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return; } 對應的彙編代碼 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 第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據edx讀取字符，顯然慢了。 2.7小結： 堆和棧的區別能夠用以下的比喻來看出： 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。 下面是另外一篇，總結的比上面好： 堆和棧的聯繫與區別dd 在bbs上，堆與棧的區分問題，彷佛是一個永恆的話題，因而可知，初學者對此每每是混淆不清的，因此我決定拿他第一個開刀。 首先，咱們舉一個例子： void f() { int* p=new int[5]; } 這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，咱們首先就應該想到，咱們分配了一塊堆內存，那麼指針p呢？他分配的是一塊棧內存，因此這句話的意思就是：在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針p。在程序會先肯定在堆中分配內存的大小，而後調用operator new分配內存，而後返回這塊內存的首地址，放入棧中，他在VC6下的彙編代碼以下： 00401028 push 14h 0040102A call operator new (00401060) 0040102F add esp,4 00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax 00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8] 00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax 這裏，咱們爲了簡單並無釋放內存，那麼該怎麼去釋放呢？是delete p麼？澳，錯了，應該是delete []p，這是爲了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6就會根據相應的Cookie信息去進行釋放內存的工做。 好了，咱們回到咱們的主題：堆和棧究竟有什麼區別？ 主要的區別由如下幾點： 一、管理方式不一樣； 二、空間大小不一樣； 三、可否產生碎片不一樣； 四、生長方向不一樣； 五、分配方式不一樣； 六、分配效率不一樣； 管理方式：對於棧來說，是由編譯器自動管理，無需咱們手工控制；對於堆來講，釋放工做由程序員控制，容易產生memory leak。 空間大小：通常來說在32位系統下，堆內存能夠達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。可是對於棧來說，通常都是有必定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。固然，咱們能夠修改： 打開工程，依次操做菜單以下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，而後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。 注意：reserve最小值爲4Byte；commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面，它設置的較大會使棧開闢較大的值，可能增長內存的開銷和啓動時間。 碎片問題：對於堆來說，頻繁的new/delete勢必會形成內存空間的不連續，從而形成大量的碎片，使程序效率下降。對於棧來說，則不會存在這個問題，由於棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以致於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出以前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的能夠參考數據結構，這裏咱們就再也不一一討論了。 生長方向：對於堆來說，生長方向是向上的，也就是向着內存地址增長的方向；對於棧來說，它的生長方向是向下的，是向着內存地址減少的方向增加。 分配方式：堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，好比局部變量的分配。動態分配由 alloca函數進行分配，可是棧的動態分配和堆是不一樣的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需咱們手工實現。 分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機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行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的，它的機制是很複雜的，例如爲了分配一塊內存，庫函數會按照必定的算法（具體的算法能夠參考數據結構/操做系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，若是沒有足夠大小的空間（多是因爲內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增長程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，而後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。 從這裏咱們能夠看到，堆和棧相比，因爲大量new/delete的使用，容易形成大量的內存碎片；因爲沒有專門的系統支持，效率很低；因爲可能引起用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。因此棧在程序中是應用最普遍的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程當中的參數，返回地址， EBP和局部變量都採用棧的方式存放。因此，咱們推薦你們儘可能用棧，而不是用堆。 雖然棧有如此衆多的好處，可是因爲和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的內存空間，仍是用堆好一些。 不管是堆仍是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），由於越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程當中，沒有發生上面的問題，你仍是要當心，說不定何時就崩掉，那時候debug但是至關困難的 :) 對了，還有一件事，若是有人把堆棧合起來講，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵, 清楚了？