C++堆内存和栈内存详解

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堆:顺序随意
栈:先进后出
堆和栈的区别
一、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
1 、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
2 、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。
3 、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。  -  程序结束后有系统释放
4 、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  
5 、程序代码区 — 存放函数体的二进制代码。
二、例子程序
这是一个前辈写的,非常详细
//main.cpp 
int a = 0;  全局初始化区
char *p1;  全局未初始化区
main()
{    
     int b;  栈
     char s[] = "abc";  栈  
     char *p2;  栈  
     char *p3 = "123456"; 123456/0 在常量区, p3 在栈上。  
     static int c =0 ; 全局(静态)初始化区  
     p1 = (char *)malloc(10); 
     p2 = (char *)malloc(20); 
      分配得来得 10 和 20 字节的区域就在堆区。  
     strcpy(p1, "123456"); 123456/0 放在常量区,编译器可能会将它与 p3 所指向的 "123456" 优化成一个地方。  

二、堆和栈的理论知识
2.1 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 = (char *)malloc(10); 但是注意 p1 、 p2 本身是在栈中的
2.2 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。  
2.3 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。  
2.4 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快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活  
2.5 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。堆中的具体内容有程序员安排。  
2.6 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:
#include
void main()
{    
     char a = 1;     
     char c[] = "1234567890";     
     char *p ="1234567890";    
     a = c[1];     
     a = p[1];     
     return;     

对应的汇编代码  
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,在根据 edx 读取字符,显然慢了。  
2.7 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。  
堆和栈的区别主要分:  
操作系统方面的堆和栈,如上面说的那些,不多说了。还有就是数据结构方面的堆和栈,这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是(满足堆性质的)优先队列的一种数据结构,第 1 个元素有最高的优先权;栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。虽然堆栈,堆栈的说法是连起来叫,但是他们还是有很大区别的,连着叫只是由于历史的原因。

http://blog.csdn.net/netgeek/article/details/1817311
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