堆和栈的区别

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在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局／静态存储区和常量存储区。栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。     
堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。     
自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。     
全局／静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。      
常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改。  
堆和栈的区别
一、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   
1、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。   
2、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。   
3、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。   -   程序结束后有系统释放     
4、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   
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。   
二、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     
  main（）     
  {     
  int   b；   栈     
  char   s[]   =   “abc”；   栈     
  char   *p2；   栈     
  char   *p3   =   “123456”；   123456＼0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＼0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。     
  }      
  二、堆和栈的理论知识     
  2.1申请方式     
  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     
  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。     
  2.2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。     
  2.3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。     
  2.4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。但是速度快，也最灵活。     
  2.5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。   
  2.6存取效率的比较     
  char   s1[]   =   “aaaaaaaaaaaaaaa”；     
  char   *s2   =   “bbbbbbbbbbbbbbbbb”；     
  aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；     
  而bbbbbbbbbbb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：     
  #include     
  void   main（）     
  {     
  char   a   =   1；     
  char   c[]   =   “1234567890”；     
  char   *p   =“1234567890”；     
  a   =   c[1]；     
  a   =   p[1]；     
  return；     
  }     
  对应的汇编代码     
  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针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。
  2.7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
／／／／／／／／／／／／／／／／／／
明确区分堆与栈   
在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。   
    首先，我们举一个例子： void   f（）   {   int*   p=new   int[5]；   }   
这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator  new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：   
          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   
这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete   p么？澳，错了，应该是delete   []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。   
          好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？   
          主要的区别由以下几点：   
          1、管理方式不同；   
          2、空间大小不同；   
          3、能否产生碎片不同；   
          4、生长方向不同；   
          5、分配方式不同；   
          6、分配效率不同；   
    管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory   leak。   
    空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：   
   打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category   中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。   
   注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。   
   碎片问题：对于堆来讲，频繁的new／delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。   
   生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。   
   分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C／C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可？圆慰际萁峁?操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。   
   从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new／delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。   
   虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。   
   无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果，就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）   
    对了，还有一件事，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，呵呵，清楚了？  
虚拟内存和虚拟地址空间是什么关系。
RAM是物理内存，大小是你机器的内存条的大小，256M／512M虚拟内存是操作系统假想的内存，并不是实际存在的内存，操作系统通过对RAM的映射类模拟更大的虚拟内存，比如段页式方法。   
  32位系统的虚拟地址空间范围从0x00000000~0xffffffff（   4GB）页文件是和命中率相关的概念，操作系统对内存的分配，是按页来   
  分配的，如果程序要访问的数据不在内存（指RAM）中，这叫没有命中，那么就要采用一定的算法交换要访问的页，把一个无效的页写到磁盘上，并从磁盘上把要访问的数据调到内存中。

chenenzhi

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正准备学习c++

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还有一个重要区别，多线程有自己的独立Stack，但是往往heap是共享的