c 中堆和棧的區別

2021-09-17 01:28:12 字數 2783 閱讀 6455

詳細的可以看下這篇部落格:

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。。

2、堆區(heap) — 一般由程式設計師分配釋放, 需要程式設計師手動釋放。

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。 - 程式結束後有系統釋放 

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**

如下面的**:

int a = 0; 全域性初始化區 

char *p1; 全域性未初始化區

int main()

1,申請方式

棧: 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 

堆: 需要程式設計師自己申請,並指明大小,在c中malloc函式 

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位。 

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。 

3,申請大小的限制

棧: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。

4,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位址,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。堆中的具體內容有程式設計師安排。 

下面是這篇部落格的總結: 

堆與棧區別

堆與棧實際上是作業系統對程序占用的記憶體空間的兩種管理方式,主要有如下幾種區別:

(1)管理方式不同。棧由作業系統自動分配釋放,無需我們手動控制;堆的申請和釋放工作由程式設計師控制,容易產生記憶體洩漏;

(2)空間大小不同。每個程序擁有的棧的大小要遠遠小於堆的大小。理論上,程式設計師可申請的堆大小為虛擬記憶體的大小,程序棧的大小64bits的windows預設1mb,64bits的linux預設10mb;

(3)生長方向不同。堆的生長方向向上,記憶體位址由低到高;棧的生長方向向下,記憶體位址由高到低。

(4)分配方式不同。堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是由作業系統完成的,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,他的動態分配是由作業系統進行釋放,無需我們手工實現。

(5)分配效率不同。棧由作業系統自動分配,會在硬體層級對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的位址,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。堆則是由c/c++提供的庫函式或運算子來完成申請與管理,實現機制較為複雜,頻繁的記憶體申請容易產生記憶體碎片。顯然,堆的效率比棧要低得多。

(6)存放內容不同。棧存放的內容,函式返回位址、相關引數、區域性變數和暫存器內容等。當主函式呼叫另外乙個函式的時候,要對當前函式執行斷點進行儲存,需要使用棧來實現,首先入棧的是主函式下一條語句的位址,即擴充套件指標暫存器的內容(eip),然後是當前棧幀的底部位址,即擴充套件基址指標暫存器內容(ebp),再然後是被調函式的實參等,一般情況下是按照從右向左的順序入棧,之後是被調函式的區域性變數,注意靜態變數是存放在資料段或者bss段,是不入棧的。出棧的順序正好相反,最終棧頂指向主函式下一條語句的位址,主程式又從該位址開始執行。堆,一般情況堆頂使用乙個位元組的空間來存放堆的大小,而堆中具體存放內容是由程式設計師來填充的。

從以上可以看到,堆和棧相比,由於大量malloc()/free()或new/delete的使用,容易造成大量的記憶體碎片,並且可能引發使用者態和核心態的切換,效率較低。棧相比於堆,在程式中應用較為廣泛,最常見的是函式的呼叫過程由棧來實現,函式返回位址、ebp、實參和區域性變數都採用棧的方式存放。雖然棧有眾多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的記憶體空間,主要還是用堆。

無論是堆還是棧,在記憶體使用時都要防止非法越界,越界導致的非法記憶體訪問可能會摧毀程式的堆、棧資料,輕則導致程式執行處於不確定狀態,獲取不到預期結果,重則導致程式異常崩潰,這些都是我們程式設計時與記憶體打交道時應該注意的問題。

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