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什么是堆 什么是栈 堆和栈的区别

文章来源:365jz.com     点击数:243    更新时间:2017-11-29 12:16   参与评论
堆栈是一个不容忽视的概念,堆栈是 两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构,只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。在单片机应用中,堆栈是个特殊的存储 区,主要功能是暂时存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。要点:堆,队列优先,先进先出(FIFO—first in first out)。栈,先进后出(FILO—First-In/Last-Out)。

   一般情况下,如果有人把堆栈合起来说,那它的意思是栈,可不是堆。。。。。

  他们之间区别,对于初学者来说总是混淆不清,笔者自己就是,因而觉得还是有必要对此稍加整理,最起码自己在心里也有个概念。能力问题,写得不好,对此问题,各IT类的BBS,blog都有写得很好的,大家可以学习。百度百科上对堆和栈进行了对比分析:

堆栈空间分配

栈(操作系统):由操作系统自动分配释放 ,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(操作系统): 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,分配方式倒是类似于链表
堆栈缓存方式

栈使用的是一级缓存, 他们通常都是被调用时处于存储空间中,调用完毕立即释放。
堆则是存放在二级缓存中,生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定(并不是一旦成为孤儿对象就能被回收)。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。
堆栈数据结构区别

堆(数据结构):堆可以被看成是一棵树,如:堆排序。
栈(数据结构):一种先进后出的数据结构。






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。   -   程序结束后由系统释放。 
  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   =   new   char[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块内存,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。堆中的具体内容由程序员安排。   
  
  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,再根据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。   (经典!)  

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