C++ 程序員必經之路 —— 堆、棧

本文內容非原創：自己做筆記和分享用。

內存分配方式：

1、棧區（stack）

—由編譯器自動分配釋放，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。

2、堆區（heap）

—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。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表，呵呵。

3、全局區（靜態區）（static）

—全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。

程序結束後由系統釋放。

4、文字常量區

—常量字符串就是放在這裏的。程序結束後由系統釋放。

5、程序代碼區 

這是一個前輩寫的，非常詳細

//main.cpp 
int a=0;    //全局初始化區
char *p1;   //全局未初始化區

main() 
{ 

    int b;//棧
    char s[]="abc";       //棧  
    char *p2;             //棧
    char *p3="123456";    //123456\0  在常量區，p3在棧上。
    static int c=0；       //全局（靜態）初始化區
    p1 = (char*)malloc(10); 
    p2 = (char*)malloc(20);     //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
    strcpy(p1,"123456");        //123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所向"123456"優化成一個地方。
}

堆棧理論知識：

1.申請方式

棧——由系統自動分配和釋放。

堆——由開發人員自己申請，並需要指明申請大小。 在c中使用 malloc 函數，在 c++ 中使用 new 運算符。

           如：p1=(char*)malloc(10);  // 注意 p1 本身是在棧裏的，但它指向的內存是開闢在堆裏的。需要把指針變量和指針變量所指向的變量區分開來！！！

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，系統將爲程序提供內存，否則將報異常提示 棧 溢出。 

堆——首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一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鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的 delete 語句才能正確的釋放本內存空間。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鏈表中。

3.申請大小限制（堆棧的大小）

棧——在 Windows 下， 棧 是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是 棧 頂的地址和 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，總之是一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（溢出）。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆—— 堆 是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。 堆 的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

4.申請效率的比較

棧——由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆——是由 new 分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片，不過用起來最方便。 另外，在 WINDOWS 下，最好的方式是用 Virtual Alloc 分配內存，他不是在堆，也不是在棧，而是直接在進程的地址空間中保留一塊內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

5.堆和棧中的存儲內容

棧——在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的 C 編譯器中，參數是由右往左入 棧 的，然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入 棧 的。當本次函數調用結束後，局部變量先出 棧 ，然後是參數，最後 棧 頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。

堆——一般是在 堆 的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。

6.存儲效率的比較

棧——由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆——

char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；

而bbbbbbbbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；

但是，在以後的存取中，在 棧 上的數組比指針所指向的字符串(例如 堆 )快。

比如： 

#include 

void main() 

{ 

    char a=1; 

    char c[]="1234567890"; 

    char *p="1234567890"; 

    a = c[1]; 

    a = p[1]; 

    return; 

} 

對應的彙編代碼

10:a=c[1]; 

004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh] 

0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl 

11:a=p[1]; 

0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h] 

004010708A4201moval,byteptr[edx+1] 

004010738845FCmovbyteptr[ebp-4],al 

第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器 cl 中，而第二種則要先把指針值讀到 edx 中，在根據 edx 讀取字符，顯然慢了。

7.小結

堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：

使用 棧 就象我們去飯館裏喫飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和喫（使用），喫飽了就走，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喫的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。