堆(heap)和堆栈(stack)区别

作者在 2008-11-02 23:34:41 发布以下内容
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(ss) ,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(.data), 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(.bss)。 - 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(.text)。

二、例子程序
// 这个例子覆盖了我能想到的所有变量类型,欢迎大家指出补充我遗漏的
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#pragma data_seg(".shared")
int g_iShared = 0x99;       // 在自定义段 .shared 中
#pragma data_seg()

int iGlobal   = 0xee;       // 全局初始化区
static int iGlobal   = 0xee;// 全局静态变量
char *pGlobal;              // 全局未初始化区

int main() 

    g_iShared = 0x98;
    iGlobal   = 0xed;
    int iLocal  = 0x33;          // 栈
    static int i =0;             // 全局(静态)初始化区
    int *iPointer=new int(0x55); // 将iPointer申请到的那个空间赋值为0x55,而非iPointer本身执行地址空间85
    int *iPointer1=new int(0x66);
    char *pConst = "vfdff@tom.com";// vfdff@tom.com\0在常量区,只有指针变量pConst本身在栈上。
    register int iregister = 0x88; // 寄存器变量,在寄存器中
    auto     int iauto = 0x88;     // 自动变量

    char array[] = "zhong";        // 整个array数组在栈上,而不只是array变量本身
    pGlobal = new char[10];
    char *pLocal = new char[20];  // 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
    strcpy(pGlobal, "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。
   
//     printf("g_iShared:0x%x,0x%p\n",g_iShared,&g_iShared);
//     printf("iGlobal=0x%x,0x%p\n",iGlobal,&iGlobal);
//     printf("iLocal:0x%x,0x%p\n",iLocal,&iLocal);
//     printf("iPointer=0x%x,0x%p,0x%p\n",*iPointer,\
//         &iPointer,&iPointer1);
//     printf("str:\t0x%p,0x%p\n",str,&str);
//     printf("iregister: 0x%p,0x%p\n",iregister,&iregister);
//     printf("iauto: 0x%p,0x%p\n",iauto,&iauto);

    delete iPointer;
    return 0;
}



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(上小下大),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(和入栈顺序相反),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 <stdio.h>;
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。 
基础知识 | 阅读 4303 次
文章评论,共1条
vfdff(作者)
2008-11-03 02:56
1
《WINDOWS核心编程》上说“内存使用有3种:1,虚拟内存,2内存映射文件,3堆栈。<br />
virtualalloc()用来保留和提交虚拟内存。<br />
heapalloc是用来在在堆上分配内存。<br />
malloc是C/C++运行库函数,他封装了windows 的api 函数heapalloc在堆上分配内存,<br />
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 只是为了与过去的16位操作系统兼容才用的
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