二、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

stack: 由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為 b 開辟空間。

heap: 需要程序員自己申請，并指明大小，在 c 中 malloc 函數(shù)，如 p1 = (char *)malloc(10);

在 C++ 中用 new 運算符，如 p2 = (char *)malloc(10); 但是注意 p1 、 p2 本身是在棧中的。

2.2 申請后系統(tǒng)的響應(yīng)

棧 ：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報異常提示棧溢出。

堆 ：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(nèi)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(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。 這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)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(shù)），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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。 這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)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(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆是由 malloc / new 分配的內(nèi)存 ，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)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(nèi)存，它不是在堆，也不是在棧 , 是直接在進程的地址空間中保留一快內(nèi)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(nèi)容

棧 ： 在函數(shù)調(diào)用時，第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句）的地址，然后是函數(shù)的各個參數(shù)，在大多數(shù)的 C 編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。

當本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。

堆 ：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

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(shù)組比指針所指向的字符串 ( 例如堆 ) 快。

比如：

int main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char *p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return 0; }

對應(yīng)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，在根據(jù) edx 讀取字符，顯然慢了。

2.7 小結(jié)：

堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出：使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

而我們常說的“堆棧”是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的概念，是一種允許在其一端進行插入或刪除的線性表，其基本操作是 push 入棧和 pop 出棧。

heap ： 是由 malloc 之類函數(shù)分配的空間所在地。地址是 由低向高 增長的。

stack ：是自動分配變量，以及函數(shù)調(diào)用的時候所使用的一些空間。地址是 由高向低 減少的。