堆Heap与栈Stack的区别

堆Heap：是大家的共有空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆是操作系统对进程进行初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统申请额外的堆，但是用完了要记得还给操作系统，不然就是内存泄露。堆里面放的一般是静态数据，如static数据、字符串常量等，资源加载后一般也放在堆里面。一个进程的所有线程共有这些堆，所以对堆操作要考虑同步和互斥的问题。程序里面编译后的数据段都是堆的一部分。

栈Stack：是单个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈相互独立，所以，栈是thread safe的。每个C++对象的数据成员也存在在栈中，每个函数都有自己的栈，栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程时会自动切换栈，就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

下面更具体的说明：

一、预备知识——程序的内存分配

1、个由C/C++编译的程序占用的内存分为下面几个部分：

A、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。操作方式类似于数据结构中的栈。

B、堆区Heap：一般由程序员分配释放，若程序员不十分，程序结束是可能由OS回收。与数据结构中的堆是两码事，分配方式类似于链表。

C、全局静态区static：全局变量和静态变量存储是放在一起的，初始化全局变量和静态变量在一块区域，为初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域，程序结束后由系统释放。

D、文字常量区：存放常量字符串，程序结束后由系统释放。

E、程序代码区：存放函数体的二进制代码。

2、例子程序

1 //main.cpp 
 2 int a = 0; //全局初始化区
 3 char *p1; //全局未初始化区
 4 main() 
 5 { 
 6     int b; //栈
 7     char s[] = "abc"; //栈
 8     char *p2; //栈
 9     char *p3 = "123456"; // 123456在常量区，p3在栈上。
10     static int c =0； //全局（静态）初始化区
11     
12     //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
13     p1 = (char *)malloc(10); 
14     p2 = (char *)malloc(20); 
15     
16     //123456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。
17     strcpy(p1, "123456"); 
18 }

二、Heap和Stack的理论知识：

1、申请方式：

Stack：由系统自动分配。eg：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中用malloc，eg：p1=(char*)malloc(10); 在C++中用new。注意p1,p2本身在栈中。

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。

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（也可能是1M，它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。

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：由new/malloc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快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

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。堆中的具体内容有程序员安排。

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。

1 void main() 
 2 { 
 3     char a = 1; 
 4     char c[] = "1234567890"; 
 5     char *p ="1234567890"; 
 6     a = c[1]; 
 7     a = p[1]; 
 8     return; 
 9 } 
10 //对应的汇编代码
11 10: a = c[1]; 
12 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 
13 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 
14 11: a = p[1]; 
15 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 
16 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 
17 00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al 
18 //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，
19 //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。

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。
原文链接: https://www.cnblogs.com/gjhqq/archive/2013/04/01/Heap_and_Stack_s_different.html

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