在數據結構中，棧是一種可以實現“先進后出”（或者稱為“后進先出”）的存儲結構。進棧的順序和出棧的順序是相反的。在實際編程中，可以通過兩種方式來實現：使用數組的形式來實現棧，這種棧也稱為靜態棧；使用鏈表的形式來實現棧，這種棧也稱為動態棧。
相對於棧的“先進后出”特性，堆則是一種經過排序的樹形數據結構，常用來實現優先隊列等。假設有一個集合 K={k0，k1，…，kn-1}，把它的所有元素按完全二叉樹的順序存放在一個數組中，並且滿足：
則稱這個集合 K 為最小堆（或者最大堆）。
由此可見，堆是一種特殊的完全二叉樹。其中，節點是從左到右填滿的，並且最后一層的樹葉都在最左邊（即如果一個節點沒有左兒子，那么它一定沒有右兒子）；每個節點的值都小於（或者都大於）其子節點的值。
堆棧都是一種數據項按序排列的數據結構，只能在一端（稱為棧頂（top））對數據項進行插入和刪除。
堆：隊列優先，先進先出（FIFO—firstinfirstout）。棧：先進后出（FILO—First-In/Last-Out）。
1、內存分配中的堆和棧
在 C 語言中，內存分配方式有如下三種形式：
1）從靜態存儲區域分配：它是由編譯器自動分配和釋放的，即內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在，直到整個程序運行結束時才被釋放，如全局變量與 static 變量。
2）在棧上分配：它也是由編譯器自動分配和釋放的，即在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元將被自動釋放。需要注意的是，棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，它的運行效率一般很高，但是分配的內存容量有限。
3）從堆上分配：也被稱為動態內存分配，它是由程序員手動完成申請和釋放的。即程序在運行的時候由程序員使用內存分配函數（如 malloc 函數，new）來申請任意多少的內存，使用完之后再由程序員自己負責使用內存釋放函數（如 free 函數，delete）來釋放內存。也就是說，動態內存的整個生存期是由程序員自己決定的，使用非常靈活。需要注意的是，如果在堆上分配了內存空間，就必須及時釋放它，否則將會導致運行的程序出現內存泄漏等錯誤。
內存中的棧區主要用於分配局部變量空間，處於相對較高的地址，其棧地址是向下增長的，即是最后入棧的地址最小；而堆區則主要用於分配程序員申請的內存空間，堆地址是向上增長的，即是最后的地址最大。
棧使用的是一級緩存，他們通常都是被調用時處於存儲空間中，調用完畢立即釋放。堆則是存放在二級緩存中，生命周期由虛擬機的垃圾回收算法來決定（並不是一旦成為孤兒對象就能被回收）。所以調用這些對象的速度要相對來得低一些。
1.1 內存分配中堆和棧的區別
1.1.1 分配與釋放方式
棧內存是由編譯器自動分配與釋放的，它有兩種分配方式：靜態分配和動態分配。
靜態分配是由編譯器自動完成的，如局部變量的分配（即在一個函數中聲明一個 int 類型的變量i時，編譯器就會自動開辟一塊內存以存放變量 i）。與此同時，其生存周期也只在函數的運行過程中，在運行后就釋放，並不可以再次訪問。
動態分配由 alloca 函數進行分配，但是棧的動態分配與堆是不同的：它的動態分配是由編譯器進行釋放，無需任何手工實現。值得注意的是，雖然用 alloca 函數可以實現棧內存的動態分配， 但alloca 函數的可移植性很差。
堆內存則不相同，它完全是由程序員手動申請與釋放的，程序在運行的時候由程序員使用內存分配函數（如 malloc 函數）來申請任意多少的內存，使用完再由程序員自己負責使用內存釋放函數。
堆上的數據比棧上的危險，很容易造成內存泄漏的問題，對程序而言是致命的。
1.1.2 分配的碎片問題
對堆來說，頻繁分配和釋放（malloc / free）不同大小的堆空間勢必會造成內存空間的不連續，從而造成大量碎片，導致程序效率降低；而對棧來講，則不會存在這個問題。
1.1.3 分配的效率
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執行指令，這就決定了棧的效率比較高。一般而言，只要棧的剩余空間大於所申請空間，系統就將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。
而堆則不同，它是由 C/C++ 函數庫提供的，它的機制也相當復雜。為了分配一塊堆內存，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節點，然后將該節點從空閑節點鏈表中刪除，並將該節點的空間分配給程序。而對於大多數系統，會在這塊內存空間的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的 delete 語句才能正確釋放本內存空間。另外，由於找到的堆節點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。很顯然，堆的分配效率比棧要低得多。
1.1.4 申請的大小限制
由於操作系統是用鏈表來存儲空閑內存地址（內存區域不連續）的，同時鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址進行的。因此，堆內存的申請大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。
而棧則不同，它是一塊連續的內存區域，其地址的增長方向是向下進行的，向內存地址減小的方向增長。由此可見，棧頂的地址和棧的最大容量一般都是由系統預先規定好的，如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將會提示溢出錯誤。由此可見，相對於堆，能夠從棧中獲得的空間相對較小。
1.1.5 存儲的內容
對棧而言，一般用於存放函數的參數與局部變量等。在函數調用時，第一個進棧的是（主函數中的）調用處的下一條指令（即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 C 編譯器中，參數是由右往左入棧的，最后是函數中的局部變量（注意 static 變量是不入棧的）。當本次函數調用結束后，遵循“先進后出”（或者稱為“后進先出”）的規則，局部變量先出棧，然后是參數，最后棧頂指針指向最開始保存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。printf函數輸出就是這個原理。
對堆而言，具體存儲內容由程序員根據需要決定存儲數據。
2、變量的存儲位置和作用域
全局變量：從靜態存儲區域分配，其作用域是全局作用域，也就是整個程序的生命周期內都可以使用。與此同時，如果程序是由多個源文件構成的，那么全局變量只要在一個文件中定義，就可以在其他所有的文件中使用，但必須在其他文件中通過使用extern關鍵字來聲明該全局變量。
全局靜態變量：從靜態存儲區域分配，其生命周期也是與整個程序同在的，從程序開始到結束一直起作用。但是與全局變量不同的是，全局靜態變量作用域只在定義它的一個源文件內，其他源文件不能使用。
局部變量：從棧上分配，其作用域只是在局部函數內，在定義該變量的函數內，只要出了該函數，該局部變量就不再起作用，該變量的生命周期也只是和該函數同在。
局部靜態變量：從靜態存儲區域分配，其在第一次初始化后就一直存在直到程序結束，該變量的特點是其作用域只在定義它的函數內可見，出了該函數就不可見。