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堆和栈的区别(经典转载),区别经典转载


 

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

 

 

  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   =   new   char[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块内存,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。堆中的具体内容由程序员安排。  

 

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,再根据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。   (经典!) 

 

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