堆和棧的區別（轉過無數次的文章）

因為經典，所以轉發。

一、預備知識—程序的內存分配

  一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分

1. 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。其操作方式類似於數據結構中的棧。
2. 堆區（heap）   —   一般由程序員分配釋放，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，分配方式倒是類似於鏈表。
3. 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一塊區域。   -   程序結束后由系統釋放。
4. 文字常量區   —常量字符串就是放在這里的。   程序結束后由系統釋放。
5. 程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

  二、例子程序

   
  這是一個前輩寫的，非常詳細   

//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。    
}

  二、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;   系統自動在棧中為b開辟空間   
  heap:   
  需要程序員自己申請，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   =   new   char[10];   
  但是注意p1、p2本身是在棧中的。   
 

2.2   申請后系統的響應

  棧：只要棧的剩余空間大於所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。   
  堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，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，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，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，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。   
 

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確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。   
堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，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。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，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。但程序員是無法控制的。  
堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而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塊內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，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后的下一條指令（函數調用語句的下一條可 執行語句）的地址，然后是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然后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后，局部變量先出棧，然后是參數，最后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：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。  

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是在編譯時就確定的；  
但是，在以后的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(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;   
  }   

對應的匯編代碼  

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，再根據edx讀取字符，顯然慢了。  

2.7小結：  

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：  
使用棧就象我們去飯館里吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就 走，不必理會切菜、洗菜等准備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自 由度小。  
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。   (經典！)