堆(heap)和栈(stack)

本文详细对比了堆和栈两种内存管理方式的特点,包括管理方式、空间大小、碎片问题、生长方向、分配方式与效率等方面的不同。

堆(heap)和栈(stack)

1、管理方式不同:栈(stack)由编译器管理;堆(heap)由程序员管理。 
2、空间大小不同:win32中,堆(heap)可达4G;VC中栈默认1M(可以修改)。 
3、碎片问题:堆(heap)易产生;栈(stack)不会。 
4、生长方向不同:堆(heap)生长方向是向上的,也就是向着内存增加的方向;栈(stack)相反。 
5、分配方式不同:堆(heap)是动态的,没有静态的堆;栈(stack)有两种:动态和静态。 
6、分配效率不同:栈(stack),系统提供底层支持,有专门的寄存器存放栈地址,效率高;堆(heap),由库函数提供支持,效率底。  

一般认为在c中分为这几个存储区 

1栈 - 有编译器自动分配释放 
2堆 - 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 
3全局区(静态区),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。- 程序结束释放 
4另外还有一个专门放常量的地方。 - 程序结束释放 

在函数体中定义的变量通常是在栈上,用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量,加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区(静态区),在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效,不能extern到别的文件用,在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外,函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。比如: 

代码: 

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"优化成一块。 



还有就是函数调用时会在栈上有一系列的保留现场及传递参数的操作。栈的空间大小有限定,vc的缺省是2M。栈不够用的情况一般是程序中分配了大量数组和递归函数层次太深。有一点必须知道,当一个函数调用完返回后它会释放该函数中所有的栈空间。栈是由编译器自动管理的,不用你操心。 

堆是动态分配内存的,并且你可以分配使用很大的内存。但是用不好会产生内存泄漏。并且频繁地malloc和free会产生内存碎片(有点类似磁盘碎片),因为c分配动态内存时是寻找匹配的内存的。而用栈则不会产生碎片。 

在栈上存取数据比通过指针在堆上存取数据快些。一般大家说的堆栈和栈是一样的,就是栈(stack),而说堆时才是堆heap。栈是先入后出的,一般是由高地址向低地址生长。  

### 的区别及用法 #### 1. 定义与分配方式 是两种不同的内存区域,用于存储数据的方式不同。 - **** 是由系统自动管理的内存区域,当函数调用时会为其局部变量分配一块连续的空间[^3]。例如,在函数内部声明一个整型变量 `int b`,编译器会在运行时自动为该变量分配一段固定的内存空间于中。 - **** 则需要开发者手动请求内存资源,通常通过动态内存分配函数完成,比如 C 中的 `malloc()` 或者 C++ 的 `new` 运算符来获取指定大小的一块内存[^5]。 #### 2. 生命周期管理 两者的生命周期管理清理机制也有显著差异: - 对于位于 **上的对象**, 当其所在的作用域结束 (即离开当前方法或者代码块),这部分占用的内存会被立即回收而无需任何额外操作[^3]; - 而对于处于 **内的实例**, 开发人员负有显式的释放责任——如果忘记销毁不再使用的对象,则会造成所谓的 “内存泄漏” 现象[^4]。 #### 3. 性能考量 从执行效率角度来看, - 使用 **** 更加高效快捷,因为它的分配过程直接嵌入到了 CPU 指令集里头去做了优化处理; - 反观 ****, 尽管提供了极大的灵活性允许应用程序按需定制复杂的结构体甚至数组等大型数据集合,但由于涉及到更复杂的数据结构调整以及可能引发频繁的小规模片段化等问题,所以相对而言较慢一些. #### 4. 存储容量限制 最后一点值得注意的是关于各自能够承载的最大尺寸方面存在约束条件: - 由于受到硬件寄存器数量等因素的影响, 提供给用户的可用空间往往较小; - 相比之下, 则几乎可以看作是没有上限般广阔(当然实际上还是受限于整个系统的物理RAM总量)[^4]. ```cpp // 示例:如何在C++中分别使用 #include <iostream> class Example { public: int value; void setValue(int v){ this->value = v; } }; void useStack(){ // 创建一个Example类的对象exampleOnStack放在上 Example exampleOnStack; exampleOnStack.setValue(10); std::cout << "Value on Stack: " << exampleOnStack.value << "\n"; } void useHeap(){ // 动态创建一个新的Example类实例exampleOnHeap放到里面 Example* exampleOnHeap = new Example(); (*exampleOnHeap).setValue(20); std::cout << "Value on Heap: " << (*exampleOnHeap).value << "\n"; delete exampleOnHeap; // 记得删除以防止泄露 } int main(){ useStack(); useHeap(); return 0; } ```
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