C++堆和栈的区别和联系

1、堆和栈的含义

在C++中，内存分为5个区：堆、占、自由存储区、全局/静态存储区、常量存储区
1、栈： 由系统自动分配和释放内存，存放函数的参数值，局部变量的值等，分配方式类似于数据结构中的栈 。
2、堆： 一般由程序员分配和释放内存（由new申请内存，delete释放内存）， 若程序员不释放，会造成内存泄露，程序结束时可能由OS回收，分配方式类似于链表 。
3、自由存储区： 是由malloc等分配的内存块，和堆十分相似，用free来释放。
4、全局/静态存储区： 全局变量和静态变量被分配到同一块内存中（在C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，C++中没有这一区分）。
5、常量存储区： 里边存放常量，不允许修改。

2、堆和栈的区别

堆和栈的区别

	堆（heap）	栈（stack）
管理方式	堆中资源由程序员控制	栈资源由编译器自动管理，无需程序员管理
内存管理机制	系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，删除空闲结点链表中的该结点，并将该结点空间分配给程序（大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小，这样delete才能正确释放本内存 空间，另外系统会将多余的部分重新放入空闲链表中）	只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，否则报异常提示栈出
空间大小	堆是不连续的内存区域（因为系统是用链表来存储空闲内存地址，自然不是连续的），堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存（32bit 系统理论上是4G），所以堆的空间比较灵活，比较大	栈是一块连续的内存区域，大小是操作系统预定好的，windows下栈大小是2M（也有是1M，在编译时确定，VS中可设置）
碎片问题	对于堆，频繁的new/delete会造成大量碎片，使程序效率降低	对于栈，它是一个先进后出的队列，进出一一对应，不会产生碎片
生长方向	堆向上，向高地址方向增长	栈向下，向低地址方向增长
分配方式	动态分配	栈有静态分配和动态分配， 静态分配由编译器完成（如局部变量分配），动态分配由alloca函数分配，但栈的动态分配的资源由编译器进行释放，无需程序员实现
分配效率	堆由C/C++函数库提供，机制很复杂。所以堆的效率比栈低很多	栈是极其系统提供的数据结构，计算机在底层对栈提供支持，分配专门 寄存 器存放栈地址，栈操作有专门指令

3、测试比较

测试程序如下：

using namespace std;

class Base {
public:
    void f() { cout << "Base::f" << endl; }
    void g() { cout << "Base::g" << endl; }
    void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};	

int main()
{
    Base A;
    Base B;
    Base C;
    Base *D = new Base;
    Base E;
    Base *F = new Base;
    Base *G = new Base;;

    cout << "一个class Base的大小为：" << sizeof(Base) << endl;
    cout << "一个class Base *D的大小为：" << sizeof(D) << endl;
    cout << "地址A：" << (int*)(&A) << endl;
    cout << "地址B：" << (int*)(&B) << endl;
    cout << "地址C：" << (int*)(&C) << endl;
    cout << "地址D：" << D << endl;
    cout << "地址E：" << (int*)(&E) << endl;
    cout << "地址F：" << F << endl;
    cout << "地址G：" << G << endl;
    
    getchar();
}

测试结果如下：

测试结果分析：

1、对于ABCE，其位于栈上，其地址是向低地址方向生长的，内存连续，每次递减1（Base的大小为1），类似于一个先进后出的队列。

2、对于DFG，其位于堆上，其地址是向高地址增长的，而且内存是不连续的。

4、用static来控制变量的储存方式和可见性

static的内部机制
  静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。这样，它的空间分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，这里有类声明；二是类定义的内部实现，这里有类的成员函数定义；三是应用程序的 main(）函数前的全局数据声明和定义处
  static 被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了，消除时的顺序是初始化的反顺序
static的优势
  可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的 值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。引用静态数据成员时，采用如下格式：
<类名>::<静态成员名>

其他：
(1) 类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。
(2) 不能将静态成员函数定义为虚函数。
(3) 由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊，变量地址是指向其数据类型的指针，函数地址类型是一个“nonmember 函数指针”。
(4) 由于静态成员函数没有 this 指针，所以就差不多等同于 nonmember 函数，结果就产生了一个意想不到的好处：成为一个 callback 函数，使得我们得以将 c++ 和 c-based x window 系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。
(5) static 并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问时间，节省了子类的内存空间。
(6) 静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字 static。
(7) 静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。
(8) 静态成员初始化与一般数据成员初始化不同：

• 初始化在类的外部进行，而前面不加 static，以免与一般静态变量或对象相混淆；
• 初始化时不加该成员的访问权限控制符private、public；
• 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；