C语言中栈和堆的区别[通俗易懂]

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参考他人的博客，一些地方进行了修改，方便大家理解

关于栈和堆简单可以理解为：

• heap（堆）：是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。
• stack（栈）：是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少的。

预备知识—程序的内存分配

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 ：

• 栈区（stack）：由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
• 堆区（heap) ：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
• 全局区（静态区）(static)：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放
• 文字常量区 ：常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
• 程序代码区(text)：存放函数体的二进制代码。

例子程序：
这是一个前辈写的，非常详细

//main.cpp 
int a = 0;                     //全局初始化区 
char *p1;                      //全局未初始化区 
int main() 
{ 
   int b;                      //栈 
   char s[] = "abc";           //栈 
   char *p2;                   //栈 
   char *p3 = "123456";        //123456在常量区，p3在栈上。 
   static int c =0；           //全局（静态）初始化区 
   p1 = (char *)malloc(10); 
   p2 = (char *)malloc(20);    //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
   strcpy(p1, "123456");       //123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所 指向的"123456"优化成一个地方。
   return 0;
} 

堆和栈的理论知识:

• 申请方式
  
  • 栈（ stack）: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
  • 堆（heap）: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 如p1 = (char )malloc(10); 在C++中用new运算符 如p2 = (char )malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。
    注意：栈区的空间由系统自己管理，而在堆区申请的内存空间要程序员自己释放(C语言中用free(),C++中用delete)，否则会造成内存泄漏

申请后系统的响应 ：

• 栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
• 堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时， 会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的free或delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

申请大小的限制：

• 栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
• 堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

申请效率的比较：

• 栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
• 堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
• 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度， 也最灵活

堆和栈中的存储内容：

• 栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
  当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
• 堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

存取效率的比较

/* char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 是在运行时刻赋值的 char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 是在编译时就确定的 但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。 */  //比如： 
int  main() 
{ 
    char a = 1; 
    char c[] = "1234567890"; 
    char *p ="1234567890"; 
    a = c[1]; 
    a = p[1]; 
    return 0; 
} 

对应的汇编代码:

a = c[1];
mov cl, byte ptr [ebp-0Fh]
mov byte ptr [ebp-4], cl
a = p[1];
mov edx, dword ptr [ebp-14h]
mov al, byte ptr [edx+1]
mov byte ptr [ebp-4], al

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。

小结：

• 堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
  
  • 使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
  • 使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

堆和栈的区别主要分：

• 操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。
• 还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。 虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因针值读.