2022年C++堆与栈的区别 .pdf

一、预备知识 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，呵呵。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、例子程序这是一个前辈写的，非常详细/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。 三、堆和栈的理论知识3.1 申请方式stack: 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heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c 中 malloc 函数如 p1 = (char *)malloc(10); 在 C+ 中用 new 运算符如 p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2 本身是在栈中的。3.2 申请后系统的响应栈：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。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，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 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。3.3 申请大小的限制栈：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，在WINDOWS下，栈的大小是2M （也有的说是1M ，总之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ov erflow。因此，能从栈获得的空间较小。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。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。3.4 申请效率的比较：栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。堆是由 new 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活3.5 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。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。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。3.6 存取效率的比较char s1 = aaaaaaaaaaaaaaa; char *s2 = bbbbbbbbbbbbbbbbb; aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；而 bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆 )快。比如：#include v oid main() char a = 1; char c = 1234567890; char *p =1234567890; a = c1; a = p1; return; 对应的汇编代码10: a = c1; 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr ebp-0Fh 0040106A 88 4D FC mov byte ptr ebp-4,cl 11: a = p1; 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr ebp-14h 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr edx+1 00401073 88 45 FC mov byte ptr ebp-4,al 第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl 中，而第二种则要先把指针值读到edx 中，在根据edx 读取字符，显然慢了。? 一、预备知识 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，呵呵。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、例子程序这是一个前辈写的，非常详细/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。 三、堆和栈的理论知识3.1 申请方式stack: 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heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c 中 malloc 函数如 p1 = (char *)malloc(10); 在 C+ 中用 new 运算符如 p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2 本身是在栈中的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3.2 申请后系统的响应栈：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。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。3.3 申请大小的限制栈：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，在WINDOWS下，栈的大小是2M （也有的说是1M ，总之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ov erflow。因此，能从栈获得的空间较小。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。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。3.4 申请效率的比较：栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。堆是由 new 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活3.5 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。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。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。3.6 存取效率的比较char s1 = aaaaaaaaaaaaaaa; char *s2 = bbbbbbbbbbbbbbbbb; aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；而 bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆 )快。比如：#include v oid main() char a = 1; char c = 1234567890; char *p =1234567890; a = c1; a = p1; return; 对应的汇编代码10: a = c1; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr ebp-0Fh 0040106A 88 4D FC mov byte ptr ebp-4,cl 11: a = p1; 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr ebp-14h 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr edx+1 00401073 88 45 FC mov byte ptr ebp-4,al 第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl 中，而第二种则要先把指针值读到edx 中，在根据edx 读取字符，显然慢了。? 3.7 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。堆和栈的区别主要分：操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1 个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因。3.7 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。堆和栈的区别主要分：操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1 个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -