堆跟栈的区别

原创于 2024-10-28 15:05:52 发布 · 355 阅读

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#java #jvm #算法

程序的内存分配
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。其操作方式类似于数据结构中的栈。

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。注意它与数据结构中的堆是两回事。

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。

堆跟栈的主要区别
1.管理方式不同
栈，由编译器自动管理，无需程序员手工控制；堆：产生和释放由程序员控制。

2. 空间大小不同
栈的空间有限；堆内存可以达到4G（跟电脑配置有关系）。

3. 能否产生碎片不同
栈不会产生碎片，因为栈是种先进后出的队列。堆则容易产生碎片，多次的new/delete 会造成内存的不连续，从而造成大量的碎片。

4. 生长方向不同
堆的生长方式是向上的，栈是向下的。

5. 分配方式不同
堆是动态分配的。栈可以是静态分配和动态分配两种，但是栈的动态分配由编译器释放。

6. 缓存级别不同：
　　1)、栈使用的是一级缓存，他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放；
　　2)、堆是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

7. 分配效率不同
栈是机器系统提供的数据结构，计算机底层对栈提供支持：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。堆则是由C/C++函数库提供，库函数会按照一定的算法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。
堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。
栈和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生。

栈到底有多少大
下面的代码，在vs2008运行时，是会报错的：

#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
   int a[1024][1024];

   system("pause");
   return 0;
}
消耗栈空间主要有两种操作：函数调用和局部变量。在写递归程序时，大家就容易碰到栈空间溢出的情况。上述代码就是局部变量申请引发栈溢出错误的例子。在vs2008中测试，具体的错误名称为：stack overflow，即栈发生溢出，也就是说申请的空间a[1024][1024]超出了栈的大小，所以出现栈溢出的错误。

栈到底有多少大呢？通过下述的代码，在vs2008下的输出为1011kB。

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;

int stack_opt(int & count)
{
   int a = 1;

   while(1)
   {
       _asm{ push a} //消耗栈空间
       count++;
   }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
   int count = 0;

   __try{
       stack_opt(count);
   }
   __except(GetExceptionCode()==STATUS_STACK_OVERFLOW ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){
       cout << "exception" << endl;
       cout << "the count is " << (count*4/1024) << "kB" << endl;
   }

   system("pause");
   return 0;
}

注意：调用stack_opt 也会涉及对栈的操作，消耗栈的空间，但是此处基本上没有影响。一次函数调用消耗的栈空间十分有限（几个字节而已），这并不妨碍大家对栈大小的理解。

在堆上最大可申请空间有多大
如果申请的空间过大，栈不够，那该怎么处理呢？这就要说到堆，我们平常使用的malloc语句就是在堆上进行空间申请，一般申请几百兆空间也不是问题。那么在堆上可以最大可申请多少的空间？

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#define UNIT_SIZE (100*1024*1024)//100M

int main(int argc, char* argv[])
{
   unsigned long max = 0;
   char* p = NULL;

   while(1){
       max++;
       p = (char*)malloc(max*UNIT_SIZE);

       if(p != NULL){
           printf("%d ", max);//申请成功则输出
           free(p);
       }else{
           printf("frame size: %ld\n", max-1);//输出申请的最大空间
           break;
       }
   }
   getchar();
   return 0;
}