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标题: [转帖]什么叫“堆”,“堆”跟“栈”有什么区别? [打印本页]

作者: rashige    时间: 2004-4-29 10:22
标题: [转帖]什么叫“堆”,“堆”跟“栈”有什么区别?
<>一、预备知识—程序的内存分配
0 g8 R4 `6 \" h6 N$ O9 ~% R一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
& T6 G* s% e( K9 R. D& I1、栈区(stack)—   由编译器自动分配释放 ,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。0 y: J  A% |4 X5 r
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。* y" Q; S0 n% I; W" L( E
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, 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。 - 程序结束后有系统释放
. j' @7 s0 i$ N9 p- S. n4、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
. X+ n/ o+ T6 I% ^5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。</P>7 ~* X. I7 G9 C8 k
<>二、例子程序' S; }+ Q7 Q& B
这是一个前辈写的,非常详细1 h2 {0 A. h1 d. L+ X, N' U2 }
//main.cpp
6 Z. E% ]' U) d# W4 Uint a = 0;    全局初始化区
! P$ F2 C7 Q+ tchar *p1;     全局未初始化区
" m- V" E, N* g8 N" n2 Q0 l8 Cmain()
# k: `5 ]. u# c- h6 E{
9 u# L0 U$ [' w; yint b;              栈 , J. r1 H8 G6 ^$ S) G: G# i
char s[] = "abc";   栈
; @6 [/ j9 k6 I! Bchar *p2;            栈
. c+ v# Y3 v' ^( Ychar *p3 = "123456";     123456\0在常量区,p3在栈上。
  c% l! n) M" istatic int c =0;       全局(静态)初始化区
2 O* z! H8 M- d  ep1 = (char *)malloc(10); 6 e. B  ?' [/ J( J$ I. O0 d' p
p2 = (char *)malloc(20);
7 }. I! d8 B+ d/ w% B& D% q分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
# C% J% x  G0 t6 o$ Lstrcpy(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。
" H2 q5 n; u) T} ' A/ ~! G8 V4 \# Q. {# j' `
</P>
1 i6 k# v7 N: M2 v% f<>二、堆和栈的理论知识
1 u+ p! p' h7 j( \$ _2.1申请方式: [- q& X" Q8 I& K7 z# w& t1 x
  stack:
" u# L; e& b7 @5 K6 c- h     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             & w5 b" g7 I7 M9 ~
   heap:- }, R/ k, d) p
     需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数4 G0 \) }* O! U( R# ?' e6 \
       如p1 = (char *)malloc(10); " Q; z, f! |7 @! U1 s
     在C++中用new运算符/ N( L5 D! `1 K( |+ C5 `
       如p2 = (char *)malloc(10);
( i/ m! X3 y4 ]" U% n% f! N      但是注意p1、p2本身是在栈中的。
( h" ?% \  z3 s/ J% Y5 \</P>
, n( ?+ w" D: Y<>2.2
/ [- L& j* F$ {* q  P; B$ E7 n申请后系统的响应
4 n% p4 f* D" |, h0 C# l0 J   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。
; h. r; D" U# s% ]6 |1 Y   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,
9 F: T, G2 G! q' M+ ~+ ?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</P>) n. f& f0 D& g+ A; F- h* A
* ]4 b  I* f( m$ \1 ]/ A2 l
<>2.3申请大小的限制
) [3 b: P0 c+ v   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。
$ Y4 ~& \7 P7 x5 h& S( L8 F; g   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。3 L  L2 A4 e& d1 p/ I# |
</P>
& l* n, Y5 X. m. B6 @+ }<>2.4申请效率的比较:4 z0 d# S( m% \7 ?+ K& Q& a  W% `
   栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
, {3 ?, z) [* Z2 f  S' D   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.; j9 A4 t. o8 {( ^
   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。</P>
, o7 ?+ N6 p* \5 N<>2.5堆和栈中的存储内容/ I/ H/ \' r# O5 a' F2 g
   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。
/ x( `4 o) \6 h9 \# g/ m" c3 _   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。4 i4 t6 [; j. ?5 l
   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。</P>
8 D0 o3 y2 O1 Z/ H+ }0 W. Z$ P+ a6 w) q! O5 h0 m1 r
<>2.6存取效率的比较</P>! ~6 ~. G/ I$ x" B5 l& i) ^
<>char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 7 V* f+ p) R9 _* g5 ~
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";   R( x- b2 q) h6 E
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;
& j: a. e2 {% G  b而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的; 7 J5 ~! P* z6 r( v( P; |. K1 k" k
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。 % e- x: z- ?  Z* z! y/ r( C
比如: 2 r- g! A% _  I. o. V4 X. i- D
#include &lt;stdio.h&gt; / @2 u$ m% `6 l: C  V0 ]
void main()
4 f3 E" S- B( n+ [' z{ . H- X; a3 q. w) T
char a = 1;
* y( S7 ]! }& U0 ^8 D# {char c[] = "1234567890";
4 H6 G: q" k) R7 y) n! [char *p ="1234567890";
7 |4 l4 r: E* L) s6 Ka = c[1]; - y( F: ~1 w$ @& G5 T: _
a = p[1];
5 q" r; G2 {/ O) {( g( C- dreturn; 6 N5 l& k8 P$ q0 ?. J! C
}
- T) w; h0 |! x- D) x5 {对应的汇编代码
$ S2 x) a, R, x6 l& \, U: |10:   a = c[1];
$ p% B& C4 C8 l2 C; T' G4 @00401067 8A 4D F1 mov       cl,byte ptr [ebp-0Fh] 4 |% ~) n, B8 P. o  Y/ n
0040106A 88 4D FC mov         byte ptr [ebp-4],cl # v& O& ~) K9 I) B* t
11:   a = p[1];
6 \8 O- Z  R( c4 ~) w# E" p0 d4 _4 d0040106D 8B 55 EC mov         edx,dword ptr [ebp-14h]
7 u2 x: K( @( ^* N! I1 E00401070 8A 42 01 mov       al,byte ptr [edx+1] ; y/ O% c% c$ L5 l) i! a- J: ~
00401073 88 45 FC mov         byte ptr [ebp-4],al
" i, }: j. d) M' L1 [6 l2 K: ?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</P>
  D7 N. q( r, y& Z# Y4 j
2 D5 x2 k% M; l3 j<>2.7小结:+ f9 `( y+ O4 \& o! f
   堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:1 O  Z5 u% `5 \8 J
   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。* {7 _+ W% d, S5 _
    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。</P>
作者: ilikenba    时间: 2004-4-29 11:11
<>学习,</P><>其实简单的说直接用类型名申请的变量都是放在了栈中,但是有时这并不能满足您的需要,可以用malloc或new在堆中申请空间,但要注意的是栈中的空间系统会自动收回,而对中的则需要用delete回收!</P>




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