棧和堆

來自：http://www.cnblogs.com/mysticCoder/p/4921724.html

堆棧是一個不容忽視的概念，堆棧是 兩種數據結構。堆棧都是一種數據項按序排列的數據結構，只能在一端(稱爲棧頂(top))對數據項進行插入和刪除。在單片機應用中，堆棧是個特殊的存儲 區，主要功能是暫時存放數據和地址，通常用來保護斷點和現場。要點：堆，隊列優先,先進先出（FIFO—first in first out）。棧，先進後出(FILO—First-In/Last-Out)。

   一般情況下，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆。。。。。

  他們之間區別，對於初學者來說總是混淆不清，筆者自己就是，因而覺得還是有必要對此稍加整理，最起碼自己在心裏也有個概念。能力問題，寫得不好，對此問題，各IT類的BBS，blog都有寫得很好的，大家可以學習。百度百科上對堆和棧進行了對比分析：

堆棧空間分配

棧（操作系統）：由操作系統自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。

堆（操作系統）： 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收，分配方式倒是類似於鏈表

堆棧緩存方式

棧使用的是一級緩存， 他們通常都是被調用時處於存儲空間中，調用完畢立即釋放。

堆則是存放在二級緩存中，生命週期由虛擬機的垃圾回收算法來決定（並不是一旦成爲孤兒對象就能被回收）。所以調用這些對象的速度要相對來得低一些。

堆棧數據結構區別

堆（數據結構）：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序。

棧（數據結構）：一種先進後出的數據結構。

例如：順序棧AStack的類定義

template < class T >

class AStack {

private:

int size ; // 數組的規模

T * stackArray ; // 存放堆棧元素的數組

int top ; // 棧頂所在數組元素的下標

public:

AStack ( int MaxStackSize ) // 構造函數

{ size = MaxStackSize ; stackArray = new T [MaxStackSize] ; top = -1 ; }

~AStack ( ) { delete [ ] stackArray ; } // 析構函數

bool Push ( const T& item ) ; // 向棧頂壓入一個元素

bool Pop ( T & item ) ; // 從棧頂彈出一個元素

bool Peek ( T & item ) const ; // 存取棧頂元素

int IsEmpty ( void ) const { return top = = -1 ; }

// 檢測棧是否爲空

int IsFull ( void ) const { return top   size-1 ; }

// 檢測棧是否爲滿

void clear ( void ) { top-1 ; } // 清空棧

} ;

    首先，我們舉一個例子：
    void f() { int* p=new int[5]; } 
    這 條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，我們首先就應該想到，我們分配了一塊堆內存，那麼指針p呢？他分配的是一塊棧內存，所以這句話的意思就是：在 棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內存的大小，然後調用operator new分配內存，然後返回這塊內存的首地 址，放入棧中，他在VC6下的彙編代碼如下：
    00401028   push        14h
    0040102A   call        operator new (00401060)
    0040102F   add         esp,4
    00401032   mov         dword ptr [ebp-8],eax
    00401035   mov         eax,dword ptr [ebp-8]
    00401038   mov         dword ptr [ebp-4],eax
    這裏，我們爲了簡單並沒有釋放內存，那麼該怎麼去釋放呢？是delete p麼？澳，錯了，應該是delete []p，這是爲了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6就會根據相應的Cookie信息去進行釋放內存的工作。
    好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什麼區別？ 筆者爲此做出鄙陋總結
    主要的區別由以下幾點：
    1、管理方式不同；
    2、空間大小不同；
    3、能否產生碎片不同；
    4、生長方向不同；
    5、分配方式不同；
    6、分配效率不同；
    管理方式：對於棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對於堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產生memory leak。
    空間大小：一般來講在32位系統下，堆內存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改：    
    打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然後在Reserve中設定堆棧的最大值和commit。
注意：reserve最小值爲4Byte；commit是保留在虛擬內存的頁文件裏面，它設置的較大會使棧開闢較大的值，可能增加內存的開銷和啓動時間。
    碎 片問題：對於堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因 爲棧是先進後出的隊列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的後進的棧內容已經被彈出，詳細的可 以參考數據結構，這裏我們就不再一一討論了。
    生長方向：對於堆來講，生長方向是向上的，也就是向着內存地址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向着內存地址減小的方向增長。
    分配方式：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。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。
    分 配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，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C/C++函數庫提供的，它的機制是很複雜的，例如爲了分配一塊內存，庫函數會按照一定的算法（具體的算法可以參考數據結構/操作系統）在堆內 存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到 足夠大小的內存，然後進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。
    從這裏我們可以看到，堆和棧相比，由於大量new/delete的使用，容 易造成大量的內存碎片；由於沒有專門的系統支持，效率很低；由於可能引發用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣 泛的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程中的參數，返回地址，EBP和局部變量都採用棧的方式存放。所以，我們推薦大家儘量用棧，而不是用 堆。
    雖然棧有如此衆多的好處，但是由於和堆相比不是那麼靈活，有時候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。
    無論是堆還是 棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因爲越界的結果要麼是程序崩潰，要麼是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果,就算是在你的程 序運行過程中，沒有發生上面的問題，你還是要小心，說不定什麼時候就崩掉，那時候debug可是相當困難的：）