堆和栈的区别

定义:

堆：是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是记得用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。

栈：是个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立，因此，栈是　thread safe的。每个Ｃ　＋＋对象的数据成员也存在在栈中，每个函数都有自己的栈，栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈，就是切换　ＳＳ／ＥＳＰ寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

 

预备知识:

一、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，分配方式倒是类似于链表。

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。

二、例子程序//main.cpp
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"优化成一个地方。
}

区别:

1、申请方式(管理方式)
栈:由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间。它是由编译器自动管理(创建和释放)，无需我们手工控制；

堆: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数等。它最后的释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
例:

p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2、申请后系统的响应(分配效率)
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出，即由系统自动分配，速度较快，但程序员是无法控制的。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

3、申请大小的限制
栈：在WINDOWS下,栈的大小是2M(也可能是1M，它是一个编译时就确定的常数)，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

4、内存碎片

堆：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。

栈：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。

5、内存地址生长方向

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域，这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。

6、堆和栈中的存储内容
栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的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。注意静态变量是不入栈的。总的说来，就是存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

 

小结:
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。


转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_52a079c10100pmwe.html