Linux之堆和棧的區別

2021-09-12 17:45:58 字數 3499 閱讀 3653

原文:

(1)管理方式不同:

程式執行時,棧是由作業系統自動分配管理,無需程式設計師人工控制,包括函式的引數值、返回值、區域性變數等。而堆空間的申請、釋放都是有程式設計師人工控制,也因此容易產生記憶體洩漏。

(2)空間大小不同:

棧是向低位址擴充套件,是一塊連續的記憶體區域。即棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的,當申請的空間超過棧的剩餘空間時,將出現棧溢位錯誤。而堆是高位址擴充套件,是不連續的記憶體區域。因為系統是用鍊錶來儲存空閒記憶體位址的,且鍊錶的遍歷方向是由低位址向高位址擴充套件。

(3)產生碎片不同:

對於堆來說,頻繁的malloc/free(new/delete)勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的記憶體碎片,程式的執行效率降低。而對於棧來說,分配的一定是連續的記憶體空間。

(4)分配方式不同:

堆都是程式中由malloc/new函式動態申請分配,有free/delete函式釋放的;而棧的分配和釋放是由作業系統完成的。棧的動態分配可有alloc()函式手動完成,但一般都無需手動操作,而是交給編譯器自動進行申請和釋放的。

(5)分配效率不同:

堆的記憶體分配效率比棧要低得多。因為棧是有作業系統提供的,會在底層堆疊提供支援,分配專門的暫存器存放棧的位址,包括壓棧出棧也都有專門的指令執行,所以執行效率很高。而堆則是有c函式提供支援,它的機制相對複雜,例如分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法在堆記憶體空間中搜尋可用的足夠大的記憶體空間,如果沒有足夠大的連續空間,則需要作業系統來重新整理堆記憶體,這樣才有機會分到足夠大小的空間,然後才返回。

一、預備知識—程式的記憶體分配

乙個由c/c++編譯的程式占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鍊錶,呵呵。

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, 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。 - 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**區—存放函式體的二進位制**。

二、例子程式

這是乙個前輩寫的,非常詳細

int a = 0; 全域性初始化區

char *p1; 全域性未初始化區

main()

二、堆和棧的理論知識

2.1申請方式

stack:

由系統自動分配。 例如,宣告在函式中乙個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空

間heap:

需要程式設計師自己申請,並指明大小,在c中malloc函式

如p1 = (char *)malloc(10);

在c++中用new運算子

如p2 = new char[10];

但是注意p1、p2本身是在棧中的。

2.2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

出。堆:首先應該知道作業系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶,當系統收到程式的申請時,

會遍歷該鍊錶,尋找第乙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鍊錶

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

首位址處記錄本次分配的大小,這樣,**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

分重新放入空閒鍊錶中。

2.3申請大小的限制

棧:在windows下,棧是向低位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

思是棧頂的位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,總之是乙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:堆是向高位址擴充套件的資料結構,是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用鍊錶來儲存

的空閒記憶體位址的,自然是不連續的,而鍊錶的遍歷方向是由低位址向高位址。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。

2.4申請效率的比較:

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.

另外,在windows下,最好的方式是用virtualalloc分配記憶體,他不是在堆,也不是在棧是

直接在程序的位址空間中保留一塊記憶體,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。

2.5堆和棧中的儲存內容

棧: 在函式呼叫時,第乙個進棧的是主函式中後的下一條指令(函式呼叫語句的下一條可

執行語句)的位址,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乙個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容由程式設計師安排。

2.6訪問效率的比較

char s1 = 「aaaaaaaaaaaaaaa」;

char *s2 = 「bbbbbbbbbbbbbbbbb」;

aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的;

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;

但是,在以後的訪問中,在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。

比如:#include

void main()

對應的彙編**

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

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中,而第二種則要先把指標值讀到

edx中,再根據edx讀取字元,顯然慢了。

2.7小結:

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:

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。 (經典!)

原文:

LInux之堆和棧的區別

1 管理方式不同 程式執行時,棧是由作業系統自動分配管理,無需程式設計師人工控制,包括函式的引數值 返回值 區域性變數等。而堆空間的申請 釋放都是有程式設計師人工控制,也因此容易產生記憶體洩漏。2 空間大小不同 棧是向低位址擴充套件,是一塊連續的記憶體區域。即棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好...

堆和棧區別

一 預備知識 程式的記憶體分配 乙個由c c 編譯的程式占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...

堆和棧區別

管理方式 棧由編譯器自動管理 堆由程式設計師控制,使用方便,但易產生記憶體洩露。生長方向 棧向低位址擴充套件 即 向下生長 是連續的記憶體區域 堆向高位址擴充套件 即 向上生長 是不連續的記憶體區域。這是由於系統用鍊錶來儲存空閒記憶體位址,自然不連續,而鍊錶從低位址向高位址遍歷。空間大小 棧頂位址和...