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全程剖析C語言中堆和棧的區別

1.申請方式
(1)棧(satck):由系統自動分配。例如,宣告在函式中一個區域性變數int b;系統自動在棧中為b開闢空間。
(2)堆(heap):需程式設計師自己申請(呼叫malloc,realloc,calloc),並指明大小,並由程式設計師進行釋放。容易產生memory leak.
eg:

12 charp;p=(char*)malloc(sizeof(char));

但是,p本身是在棧中。

2.申請大小的限制

(1)棧:在windows下棧是向底地址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體區域(它的生長方向與記憶體的生長方向相反)。棧的大小是固定的。如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。
(2)堆:堆是高地址擴充套件的資料結構(它的生長方向與記憶體的生長方向相同),是不連續的記憶體區域。這是由於C系統使用連結串列來儲存空閒記憶體地址的,自然是不連續的,而連結串列的遍歷方向是由底地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。

3.系統響應:

(1)棧:只要棧的空間大於所申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則將報異常提示棧溢位。
(2)堆:首先應該知道作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列,但系統收到程式的申請時,會遍歷該連結串列,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒連結串列中刪除,並將該結點的空間分配給程式,另外,對於大多數系統,會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,程式碼中的free語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外,找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒連結串列中。

說明:對於堆來講,對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,

4.申請效率

(1)棧由系統自動分配,速度快。但程式設計師是無法控制的
(2)堆是由malloc分配的記憶體,一般速度比較慢,而且容易產生碎片,不過用起來最方便。

5.堆和棧中的儲存內容

(1)棧:在函式呼叫時,第一個進棧的主函式中後的下一條語句的地址,然後是函式的各個引數,引數是從右往左入棧的,然後是函式中的區域性變數。注:靜態變數是不入棧的。當本次函式呼叫結束後,區域性變數先出棧,然後是引數,最後棧頂指標指向最開始存的地址,也就是主函式中的下一條指令,程式由該點繼續執行。
(2)堆:一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。

6.存取效率

(1)堆:char *s1=”hellow tigerjibo”; 是在編譯是就確定的
(2)棧:char s1[]=”hellow tigerjibo”; 是在執行時賦值的;用陣列比用指標速度更快一些,指標在底層彙編中需要用edx暫存器中轉一下,而陣列在棧上讀取。

補充:

棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法可以參考資料結構/作業系統)在堆記憶體中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,這樣就有機會分到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。

7.分配方式:

(1)堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。
(2)棧有兩種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的。它的動態分配是由編譯器進行釋放,無需手工實現。