堆和栈的区别

面试被问到了堆和栈的区别，当时是第一次听到这个问题，顿时感觉这个问题有点抽象。因为程序内存部分有堆和栈的概念，数据结构里面也有堆和栈的概念，不知道面试官说的是哪个。当我提出来疑问之后，面试官说随你答。我就把两个方面都简单说了下。回来后到网上搜了下，这才知道面试官想问的应该是程序内存里面堆和栈的区别。想想也是，数据结构里面堆和栈的区别很明显，根本不需要去区分嘛。参考他人的博客，这里对程序内存里面堆和栈的区别做个概括，以方便大家使用。

文献1解释了c++在内存管理中，将内存分为5个部分。

1. 常量区：主要存储的是常量字符串以及在编译的时候就知道其值的那些变量。因为每个类类型的对象都需要调用构造函数，所以常量区里面不可能存在类类型的常量。常量区内的所有数据在程序的运行期间都一直存在着。
2. 全局/静态区：全局变量或者静态变量都存放在此。
3. 栈：局部变量都存放在栈里面。在栈中，对变量存储空间的分配要比堆快。这主要是因为栈内存的分配仅仅涉及到指针的增加，不需要额外复杂的操作。此外，对象是在栈内存分配后立即被构造，在栈内存释放后立即被销毁。所以，码农是没有机会来对栈中已分配但未初始化的内存进行操作。
4. 堆：堆属于动态内存区，由malloc分配，free释放（很多blog说堆是由new/delete来分配和释放，自由存储区是由malloc/free来分配和释放，关于这一点很有争议性，主要是因为堆和自由存储区的区别就存在很大争议，所以码农不必太纠结于这个，重点关注与栈和堆（动态内存）的区别就是了）。在堆中，对象的生命周期可能会小于所分配的堆内存的生命周期。这是因为堆内存在被分配之后可以稍后再进行初始化，在对象被销毁之后可以稍后再进行内存释放。所以，在对象不存在而内存却存在时，我们可以通过使用void*来操作这块堆内存。
5. 自由存储区：跟堆类似，自由存储区是动态内存区的一种。是由new/delete来分配和释放。自由存储区中，对象的生命周期和在堆中是类似的。所以除了概念上的不同，没有必要对这两种动态存储区做进一步的区分。

上述给出了c++内存区5个部分的描述。可以看出栈内存是由系统自动分配和释放的，码农对栈内存控制的自由度比较低。而堆内存是由码农手动申请分配和释放，虽然控制的自由度提升了，但是也带来了潜在的危险。如果码农只申请了内存，忘记了释放，那么就会造成程序的内存泄露。

文献2：对栈和堆的区分做了一个很好的总结。

首先，我们先来了解下栈内存申请和堆内存申请时，系统都做了哪些工作。

1. 栈内存申请：如定义个局部变量int i，或者一个局部的数组int array[10024]时，只要栈剩余内存空间还能满足需求，栈顶指针就增加到一定位置以申请相应的栈内存。如果栈剩余内存无法满足需求时，就是码农所见到的栈溢出错误了。
2. 堆内存申请：操作系统有一个记录空闲内存结点的链表。当码农申请栈内存时，系统都会遍历链表结点以找出一个合适的堆结点返回给码农（至于哪个合适，就涉及到c++的内存分配算法了）。如果没有找到合适的，那么就返回NULL。

比较一下栈内存申请和堆内存申请，系统所做的工作，我们可以明确以下几点：

1. 栈内存的申请效率要高于堆内存的申请效率。
2. 栈内存的申请空间大小限制比较大。因为栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先设定好的，一旦申请的栈内存大小超出栈中剩余容量，就会出现栈溢出。而申请的堆内存大小只要不超过系统的虚拟内存就不会遭遇返回NULL。

参考文献：

文献1：http://www.gotw.ca/gotw/009.htm

文献2：http://bbs.bccn.net/thread-296901-1-1.html