堆栈详解与C++实践-优快云博客

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https://blog.youkuaiyun.com/tina_ttl/article/details/52778037
https://blog.youkuaiyun.com/Filwl_/article/details/80898804

一、堆栈的区别

管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。

空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的。

碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

二、堆的使用方法

#include < algorithm>。

1、堆有最大堆与最小堆，也有对应的push和pop操作。
在最大堆中，最大的元素在堆顶，pop会将最大的元素推出，最小堆则反之。

2、C++中的堆，要基于向量使用。
操作基于三个函数make_heap，push_heap，pop_heap，
并且要配合push_back与pop_back使用。

make_heap()生成堆，他有两个参数，也可以有三个参数，前两个参数是指向开始元素的迭代器和指向结束元素的
下一个元素的迭代器。第三个参数是可选的，可以用伪函数less()和greater()来生成大顶堆和小顶堆，其中type为元
素类型。如果只传入前两个参数，默认是生成大顶堆。 

push_heap()是在堆的基础上进行数据的插入操作，参数与make_heap()相同，需要注意的是，只有make_heap（）
和push_heap（）同为大顶堆或小顶堆，才能插入。 

pop_heap()是在堆的基础上，弹出堆顶元素。这里需要注意的是，pop_heap()并没有删除元素，而是将堆顶元素和
数组最后一个元素进行了替换，如果要删除这个元素，还需要对数组进行pop_back()操作。

#include <algorithm>
using namespace std;
vector<int> v;
make_heap(v.begin(),v.end());    // 将vector转化为堆，默认为最大堆
v.push_back(99);
push_heap(v.begin(),v.end());    // 新元素先推入向量，再推入堆
pop_heap(v.begin(),v.end());
v.pop_back();                    // 先推出堆，再推出向量
cout << v.front() << endl;       // 堆顶元素用v.front()访问

3、值得注意的是最小堆的使用，初始化堆加入第三项
make_heap(v.begin(),v.end(), greater());。
不仅如此，在push和pop的操作中也要加入greater()。

vector<int> v;
make_heap(v.begin(),v.end(), greater<int>());
v.push_back(99);
push_heap(v.begin(),v.end()), greater<int>();
pop_heap(v.begin(),v.end(), greater<int>());
v.pop_back();

三、栈的使用方法

#include< stack>

1、相关函数：

push():    向栈内压入一个成员；
pop():     从栈顶弹出一个成员；
empty():   如果栈为空返回true，否则返回false；
top():     返回栈顶，但不删除成员；
size():    返回栈内元素的大小；

2、代码示例：

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main()
{
    stack <int> stk;
    //入栈
    for(int i = 0; i < 50; i++){
        stk.push(i);
    }
    cout << "栈的大小:" << stk.size() << endl;
    while(!stk.empty())
    {
        cout << stk.top() << endl;
        stk.pop();
    }
    cout << "栈的大小:" << stk.size() << endl;
    return 0;
}