（11）C语言中的内存堆和堆栈之间的区别

在计算机领域，堆栈是一个不容忽视的概念，基本上使用了我们编写的C语言程序. 但是对于许多初学者来说，堆栈是一个非常模糊的概念.

堆栈: 一种数据结构，是程序运行时用于存储数据的地方. 这可能是许多初学者的理解c语言内存分配对应，因为我曾经认为它与汇编语言中的术语堆栈混淆. 我周围的许多编程朋友和我在Internet上看到的朋友都无法理解堆栈，因此我认为有必要在堆栈上分享我的观点. 如果有什么问题，请请朋友们多多指教，这对每个人都有很大帮助.

数据结构的堆栈

首先，我们需要了解数据结构中的堆栈. 尽管我们这样称呼，但是堆栈实际上是两种类型的数据结构: 堆和堆栈.

堆和栈都是数据结构，按顺序排列数据项.

堆栈就像存储数据的桶或盒子一样

让我们从您更熟悉的堆栈开始. 这是一种具有后进先出属性的数据结构，这意味着它先存储，然后再存储.

这就像我们要取出放置在盒子下面的东西（较早的对象）一样，我们首先需要移除按下的对象（较晚的对象）.

那堆就像一棵倒置的树

由于堆的这一功能，通常用于实现优先级队列. 对堆的访问是任意的. 就像我们在图书馆的架子上拿书一样. 尽管书籍是按顺序排列的，但我们还是想取任何东西. 您无需像一stack书本一样把前面所有的书都拿出来. 书架的机制与盒子不同. 我们可以直接取出想要的书.

堆栈和堆中的内存分配

但是，我要谈的重点不在这里. 我要讨论的堆和堆栈不是数据结构的堆和堆栈. 堆栈区域不同，请注意.

我们来谈谈C语言程序的内存分配中的堆和栈. 在这里有必要提及内存分配. 不用担心通常，程序存储在Rom（只读存储器，例如硬盘）或Flash中，需要将其复制到RAM（随机存储器RAM）中执行. RAM将存储不同的信息，如下图所示:

如果内存中的堆栈区域位于相对较高的地址，并且地址增长方向朝上，则堆栈地址向下增加.

局部变量空间在堆栈中分配，堆区域向上用于分配程序员所应用的内存空间. 另外，还有一些静态区域分配静态变量和全局变量空间. 分配常量和程序代码空间的只读区域；和其他分区.

看一个上流行的经典例子:

main.cpp

1 int a = 0; //全局初始化区 
 2 char *p1; //全局未初始化区 
 3 main() 
 4 { 
 5 int b; //栈 
 6 char s[] = "abc"; //栈 
 7 char *p2; //栈 
 8 char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区，p3在栈上。 
 9 static int c =0； //全局（静态）初始化区 
10 p1 = (char *)malloc(10); //堆 
11 p2 = (char *)malloc(20); //堆 
12 }

0. 施用方法和回收方法不同

我不知道你是否了解一点.

堆和栈之间的第一个区别是应用方法: 栈（英文名称为stack）由系统自动分配，例如，我们定义了一个char a；系统将自动在堆栈上为其创建空间. 堆（英文名称为heap）是程序员根据其需求申请的空间，例如malloc（10）；打开十个字节的空间.

由于堆栈上的空间是自动分配和回收的，因此堆栈上数据的生命周期仅在函数运行期间，并且在操作后释放，并且无法再次访问. 只要程序员不释放空间，就可以访问堆上的数据，但是缺点是，一旦忘记释放它，将导致内存泄漏. 还有其他一些区别. 我认为朋友总结的很好. 这是转述:

1. 申请后系统响应

堆栈: 只要堆栈的剩余空间大于请求的空间，系统就会为程序提供内存，否则它将报告异常并提示堆栈溢出.

堆: 首先，您应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表. 当系统从程序接收到一个应用程序时，它将遍历链接列表以查找第一个堆节点，该第一个堆节点的空间大于请求的空间，然后从空闲节点列表中删除该节点，并且该节点的空间为分配给程序. 此外，对于大多数系统，此分配的大小将记录在此存储空间的第一个地址处. 通过这种方式，代码delete语句可以正确释放内存空间. 另外，由于找到的堆节点的大小不一定与应用程序的大小完全相同，因此系统会自动将多余的部分放入空闲列表中.

换句话说，堆在应用后会做一些后续工作，这会导致应用效率问题.

2. 应用效率比较

基于点0和1.

Stack: 由系统自动分配，速度更快. 但是程序员无法控制.

堆: 它是new分配的内存，通常较慢，并且容易出现内存碎片，但是使用起来最方便.

3. 应用程序大小限制

堆栈: 在Windows下，堆栈是一个扩展为低地址的数据结构，并且是一个连续的内存区域. 这句话的意思是系统顶部确定了堆栈顶部的地址和堆栈的最大容量. 在WINDOWS下，堆栈的大小为2M（简而言之，为1M，这是在编译时确定的常数），如果当请求的空间超过堆栈上的剩余空间时，将提示溢出. 因此，堆栈中的可用空间很小.

堆: 堆是一种数据结构，可以扩展到更高的地址，并且是不连续的内存区域. 这是因为系统使用链接列表来存储空闲内存地址，该地址自然是不连续的，并且链接列表的遍历方向是从低地址到高地址. 堆的大小受计算机系统中可用的虚拟内存限制. 这表明堆获得的空间更加灵活，更大.

4. 堆和堆栈中的存储内容

由于堆栈的大小受到限制，子功能的使用仍然具有物理意义，而不仅仅是逻辑意义.

堆栈: 调用函数时，要压入堆栈的第一件事是主函数中的下一条指令（函数调用语句的下一个可执行语句）的地址，然后是该函数的参数. 在大多数C编译器中，参数是从右到左堆叠的，然后是函数中的局部变量. 请注意，静态变量不会被压入堆栈.

函数调用结束时，首先将局部变量弹出堆栈，然后弹出参数，最后堆栈上的顶部指针指向其最初存储的地址，这是主函数中的下一条指令，该程序将从那时开始继续运行.

堆: 通常，一个字节用于在堆的开头存储堆的大小. 堆中的特定内容由程序员安排.

5. 访问效率比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaaaa在运行时分配；放在堆栈上.

bbbbbbbbbbbbb是在编译时确定的；放在堆里.

但是，在以后的访问中，堆栈上的数组比指针所指向的字符串（例如堆）要快.

例如:

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

相应的汇编代码

10: a = c [1];

00401067 8A 4D F1 mov cl，byte ptr [ebp-0Fh]

0040106A 88 4D FC mov字节ptr [ebp-4]，cl

11: a = p [1];

0040106D 8B 55 EC mov edx，dword ptr [ebp-14h]

00401070 8A 42 01 mov，byte ptr [edx + 1]

00401073 88 45 FC mov字节ptr [ebp-4]，al

关于堆和栈之间差异的隐喻

堆和栈之间的区别可以从前辈的类比看出:

使用堆栈就像我们去餐厅吃饭一样，只需点菜（发出申请），付款并吃东西（使用），吃饱后就离开c语言内存分配对应，不需要注意食物的准备工作洗菜，洗碗等. 刷碗等扫地工作，他的优点是速度快，但自由度小.

使用堆就像制作自己喜欢的菜肴. 这比较麻烦，但是更符合您自己的口味，并且拥有更多的自由. 隐喻非常生动，单词很容易理解. 我不知道你是否有所收获.

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