資料結構的棧和堆

首先在資料結構上要知道堆疊，儘管我們這麼稱呼它，但實際上堆疊是兩種資料結構：堆和棧。

堆和棧都是一種資料項按序排列的資料結構。

棧就像裝資料的桶或箱子

我們先從大家比較熟悉的棧說起吧，它是一種具有後進先出性質的資料結構，也就是說後存放的先取，先存放的後取。

這就如同我們要取出放在箱子裡面底下的東西（放入的比較早的物體），我們首先要移開壓在它上面的物體（放入的比較晚的物體）。

堆像一棵倒過來的樹

而堆就不同了，堆是一種經過排序的樹形資料結構，每個結點都有一個值。
通常我們所說的堆的資料結構，是指二叉堆。
堆的特點是根結點的值最小（或最大），且根結點的兩個子樹也是一個堆。
由於堆的這個特性，常用來實現優先佇列，堆的存取是隨意，這就如同我們在圖書館的書架上取書，雖然書的擺放是有順序的，但是我們想取任意一本時不必像棧一樣，先取出前面所有的書，書架這種機制不同於箱子，我們可以直接取出我們想要的書。

記憶體分配中的棧和堆

然而我要說的重點並不在這，我要說的堆和棧並不是資料結構的堆和棧，之所以要說資料結構的堆和棧是為了和後面我要說的堆區和棧區區別開來，請大家一定要注意。

下面就說說C語言程式記憶體分配中的堆和棧，這裡有必要把記憶體分配也提一下，大家不要嫌我囉嗦，一般情況下程式存放在Rom（只讀記憶體，比如硬碟）或Flash中，執行時需要拷到RAM（隨機儲存器RAM）中執行，RAM會分別儲存不同的資訊，如下圖所示：

一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分 
1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。 
2、堆區（heap） — 一般由程式設計師分配釋放 ， 若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收 。注意它與資料結構中的堆是兩回事，
分配方式倒是類似於連結串列。
3、全域性區（靜態區）（static）—，全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域(.data)，
 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域(.bss)。 -程式結束後由系統釋放
4、文字常量區 — 常量字串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放 
5、程式程式碼區— 存放函式體的二進位制程式碼。
記憶體中的棧區處於相對較高的地址以地址的增長方向為上的話，棧地址是向下增長的。
 

棧中分配區域性變數空間，堆區是向上增長的用於分配程式設計師申請的記憶體空間。另外還有靜態區是分配靜態變數，全域性變數空間的；只讀區是分配常量和程式程式碼空間的；以及其他一些分割槽。

來看一個網上很流行的經典例子：

main.cpp

int a = 0; //全域性初始化區 
char *p1; //全域性未初始化區 
main() 
{ 
int b; //棧 
char s[] = "abc"; //棧 
char *p2; //棧 
char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區，p3在棧上。 
static int c =0； //全域性（靜態）初始化區 
p1 = (char *
 
)malloc(10); //堆 
p2 = (char *)malloc(20); //堆 
}

0.申請方式和回收方式不同

不知道你是否有點明白了。

堆和棧的第一個區別就是申請方式不同：棧（英文名稱是stack）是系統自動分配空間的，例如我們定義一個 char a；系統會自動在棧上為其開闢空間。而堆（英文名稱是heap）則是程式設計師根據需要自己申請的空間，例如malloc（10）；開闢十個位元組的空間。

由於棧上的空間是自動分配自動回收的，所以棧上的資料的生存週期只是在函式的執行過程中，執行後就釋放掉，不可以再訪問。而堆上的資料只要程式設計師不釋放空間，就一直可以訪問到，不過缺點是一旦忘記釋放會造成記憶體洩露。還有其他的一些區別我認為網上的朋友總結的不錯這裡轉述一下：

1.申請後系統的響應

棧：只要棧的剩餘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。

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，當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結點連結串列中刪除，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 delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外，由於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。

也就是說堆會在申請後還要做一些後續的工作這就會引出申請效率的問題。

2.申請效率的比較

根據第0點和第1點可知。

棧：由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。

堆：是由new分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便。

3.申請大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4.堆和棧中的儲存內容

由於棧的大小有限，所以用子函式還是有物理意義的，而不僅僅是邏輯意義。

棧： 在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中函式呼叫後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函式的各個引數，在大多數的C編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意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。

堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

5.存取效率的比較

char s1[] = “aaaaaaaaaaaaaaa”;
char *s2 = “bbbbbbbbbbbbbbbbb”;
aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的；放在棧中。
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；放在堆中。
但是，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。

比如：

#include 
void main() 
{ 
 char a = 1; 
 char c[] = "1234567890"; 
 char *p ="1234567890"; 
 a = c[1]; 
 a = p[1]; 
 return; 
} 

對應的彙編程式碼

10: a = c[1]; 
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 
11: a = p[1]; 
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

關於堆和棧區別的比喻

堆和棧的區別可以引用一位前輩的比喻來看出：

使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，說的很通俗易懂，不知道你是否有點收穫。

轉自http://www.cnblogs.com/rednodel/p/4364694.html