堆与栈的区别

研究问题

1. 内存分区??

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要点:

• 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
  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
  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

• 例子

    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，p1和p2在栈上，但指向了堆
        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
    }

• 数组指针与指针数组

    int c[4]={1,2,3,4};
    int *a[4]; //指针数组
    int (*b)[4]; //数组指针
    b=&c;//数组指针指向数组首地址
    //下面将数组c中元素赋给数组a
    for(int i=0;i<4;i++)
    {
    a[i]=&c[i];
    }
    //输出看下结果
    cout<<*a[1]<<endl; //输出2，因为a存放的是指针值，所以前面要用*取内容
    cout<<(*b)[2]<<endl; //输出3，b是一个指向数组的指针

• 常量指针与指针常量
  通过代码来体现这两点

    int a=10;
    int b=12;
    int const *p1=&a;//常量指针，指针所指向的内容不能改变
    int *const p2=&a;//指针常量，指针本身不能改变
    (*p1)++;//内容不能被改变，错误
    (*p2)++;
    p1=&b;
    p2=&b;//指针本身不能被改变，错误

　　相对来说，栈对于程序员是透明的，因为栈的存放方式是先进后出的，而堆就是不确定性的，不好掌握。
1.内存类型
C/C++程序分配的内存类型有5种：
1.堆区
2.栈区
3.全局区(全局和静态变量存放在一起)
4.文字常量区
5.代码区
以上5种内存类型除 堆区 外，其他都有系统或编译器自动释放。
以下一些代码会表示那些变量存放在那个内存区的：

int n=20;  //全局初始化区
int x;       // 全局未初始化区
void main(){
     int cs[]="123";//栈区
     int *p;    //栈区
     int *p1="123";//p1栈区  "123"在常量区 
     static int y=2;//全局初始化区
     char* ns=new char[10];
     strcpy(ns,"1234");//"1234"在常量区，编译器可能会将它与p1指向的"123"优化在一个地方

　　堆栈的区别：

堆/栈	申请	系统响应	空间限制	效率
栈	系统自动分配	如果剩余空间大于申请空间就提供，否则提示溢出	win(VS)2M	系统分配，速度快
堆	new/malloc	遍历空闲内存链表，寻找最近一个适合大小的	由有效的虚拟内存决定	程序员申请，不如栈快

上面这一段代码呢 就是在代码区了。

2.堆和栈的申请方式
　栈中的内存是由系统自动分配，并释放。
　int n=0;
　堆中的内存是由程序员手动分配并释放。
　int* p=new int(10);
　delete p;
　虽然p指向的是堆区，但是其本身是在栈区的;
3.申请后系统响应
　　栈区：只要系统剩余栈区内存大于申请内存的大小就为程序提供内存，否则就报异常提示栈溢出
　　堆区：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统受到程序的申请时，遍历整个链表寻找第一个空间大于所申请的空间大小， 然后将改点从链表中删除，将该节点的地址分配给程序。 一般情况下，会在这块内存的首地址记录这块内存的大小，以供delete正确释放空间。另外，如果得到的空间大于申请的空间，系统将会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
4.申请大小限制
　　栈区：在WIN下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域，也就是说，栈区首地址和栈的最大容量都是由系统预先规定好的。在WIN下 栈的大小是2M，如果申请的空间超过2M 就会报栈溢出的异常
　　堆区：相比栈区，堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存。这是由于系统使用链表来储存空闲内存的地址，所以不是连续的。但是链表的遍历方向是和栈一样的，从低地址向高地址。堆的大小受限于系统中有效的虚拟内存。所以，堆获得的空间比较灵活 也比较大。
5.申请的效率
　　栈是由系统分配的，速度快，但是程序员无法控制。
　　堆是new或malloc申请分配的内存，相比栈，速度慢，且容易产生内存碎片，不过对于程序员是透明的。
　　还有一种申请内存的方式是VirtualAlloc,它是WinAPI ,其功能是在调用进程的虚拟空间。不在堆栈，在进程的地址空间保留一份内存，虽灵活速度，但是不方便。
6.堆栈的存储内容
　　栈：在函数调用时，第一个入栈的是主函数调用语句的吓一跳可执行语句的地址，然后是函数内的参数，一般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，静态变量是不入栈的，根据栈的特性是先进后出，依次出栈的顺序是：局部变量，参数，最后是栈顶指针指向最开始存的地址（主函数的下一条指令），系统由改点继续运行。
　　堆：相比栈，堆的头部会存放内存的大小，内容由程序员决定，相对比较自由。
7.存取效率的比较

char cs[]="1234" ;
           char *ps= new char[5];
          strcpy(ps, "1234");
           char a=0;
          a=cs[1];
          a=ps[1];
/＊
          a=cs[1];
010782B7  mov         al,byte ptr [ebp-0Fh] 
010782BA  mov         byte ptr [ebp-25h],al 
          a=ps[1];
010782BD  mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch] 
010782C0  mov         cl,byte ptr [eax+1] 
010782C3  mov         byte ptr [ebp-25h],cl  
＊/

　　由此可见那个效率快一点了。
　　代码是最好的见证，a=cs[1] 是直接把字符读到 寄存器al的，而 a=ps[1]是先把字符读到eax,然后再从eax读字符，显然慢一点。

小结：栈和堆的关系就像你自己做饭和到饭店吃饭一样
堆：自己买菜，摘菜，洗菜，做菜，洗完，打扫卫生.比较繁琐，但我想吃什么就吃什么。自由！
栈：去饭店吃饭。吃完付钱，走人。比较省事，但是如果厨师把菜做咸了，你也得吃！！