计算机程序数据存储 堆 栈

最新推荐文章于 2025-02-23 23:03:11 发布

代码完美人

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本文详细解释了程序内存分配中的堆和栈的区别，包括它们的申请方式、系统响应、大小限制、效率对比等内容，并通过具体例子说明了两者在实际编程中的应用。

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堆和栈的区别

一、预备知识—程序的内存分配　　

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分　　

1、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。　　

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。　　

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。程序结束后由系统释放。　　

4、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。　　

5、程序代码区 — 存放函数体的二进制代码。　　

二、例子程序　　

这是一个前辈写的，非常详细　　

//main.cpp　　

int a = 0; 全局初始化区　　

char *p1; 全局未初始化区　　

main()　　{　　

int b; 栈　　

char s[] = "abc"; 栈　　

char *p2; 栈　

char *p3 = "123456"; 123456/0在常量区，p3在栈上。　　

static int c =0；全局（静态）初始化区　　

p1 = (char *)malloc(10);　　

p2 = (char *)malloc(20);　　

}　　

分配得来得10和20字节的区域就在堆区。　　

strcpy(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。

堆和栈的理论知识

1.申请方式

stack:　　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　　

heap:　　需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数　　如p1 = (char *)malloc(10);　　

在C++中用new运算符　　如p2 = new char[20];//(char *)malloc(10);　　但是注意p1、p2本身是在栈中的。

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。　　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.　　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,而是直接在进程的地址空间中保留一块内存，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函数调用后的下一条指令（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。