在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，堆棧是一個(gè)不容忽視的概念，我們編寫(xiě)的C語(yǔ)言程序基本上都要用到。但對(duì)于很多的初學(xué)著來(lái)說(shuō)，堆棧是一個(gè)很模糊的概念。

堆棧：一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、一個(gè)在程序運(yùn)行時(shí)用于存放的地方，這可能是很多初學(xué)者的認(rèn)識(shí)，因?yàn)槲以?jīng)就是這么想的和匯編語(yǔ)言中的堆棧一詞混為一談。我身邊的一些編程的朋友以及在網(wǎng)上看帖遇到的朋友中有好多也說(shuō)不清堆棧，所以我想有必要給大家分享一下我對(duì)堆棧的看法，有說(shuō)的不對(duì)的地方請(qǐng)朋友們不吝賜教，這對(duì)于大家學(xué)習(xí)會(huì)有很大幫助。

一.前言：

C語(yǔ)言程序經(jīng)過(guò)編譯連接后形成編譯、連接后形成的二進(jìn)制映像文件由棧，堆，數(shù)據(jù)段（由三部分部分組成：只讀數(shù)據(jù)段，已經(jīng)初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段，未初始化數(shù)據(jù)段即BBS）和代碼段組成，如下圖所示：

1.棧區(qū)(stack):由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量等值。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。

2.堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，則可能會(huì)引起內(nèi)存泄漏。注堆和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆棧不一樣，其類是與鏈表。

3.程序代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

4.數(shù)據(jù)段：由三部分組成：

1>只讀數(shù)據(jù)段：

只讀數(shù)據(jù)段是程序使用的一些不會(huì)被更改的數(shù)據(jù)，使用這些數(shù)據(jù)的方式類似查表式的操作，由于這些變量不需要更改，因此只需要放置在只讀存儲(chǔ)器中即可。一般是const修飾的變量以及程序中使用的文字常量一般會(huì)存放在只讀數(shù)據(jù)段中。

2>已初始化的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段：

已初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲(chǔ)器的空間，在程序執(zhí)行時(shí)它們需要位于可讀寫(xiě)的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，并且有初值，以供程序運(yùn)行時(shí)讀寫(xiě)。在程序中一般為已經(jīng)初始化的全局變量，已經(jīng)初始化的靜態(tài)局部變量(static修飾的已經(jīng)初始化的變量)

3>未初始化段（BSS）：

未初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，但是沒(méi)有初始化的變量，這些變量在程序運(yùn)行之前不需要占用存儲(chǔ)器的空間。與讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段類似，它也屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)。但是該段中數(shù)據(jù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)初始化。未初始化數(shù)據(jù)段只有在運(yùn)行的初始化階段才會(huì)產(chǎn)生，因此它的大小不會(huì)影響目標(biāo)文件的大小。在程序中一般是沒(méi)有初始化的全局變量和沒(méi)有初始化的靜態(tài)局部變量。

二.堆和棧的區(qū)別

1.申請(qǐng)方式

(1)棧（satck）:由系統(tǒng)自動(dòng)分配。例如，聲明在函數(shù)中一個(gè)局部變量int b;系統(tǒng)自動(dòng)在棧中為b開(kāi)辟空間。

(2)堆（heap）:需程序員自己申請(qǐng)（調(diào)用malloc,realloc,calloc）,并指明大小，并由程序員進(jìn)行釋放。容易產(chǎn)生memory leak.

eg:char  p;

      p = (char *)malloc(sizeof(char));

但是，p本身是在棧中。

2.申請(qǐng)大小的限制

（1）棧：在windows下棧是向底地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域(它的生長(zhǎng)方向與內(nèi)存的生長(zhǎng)方向相反)。棧的大小是固定的。如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。

（2）堆：堆是高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（它的生長(zhǎng)方向與內(nèi)存的生長(zhǎng)方向相同），是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)使用鏈表來(lái)存儲(chǔ)空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由底地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。

3.系統(tǒng)響應(yīng)：

（1）棧：只要棧的空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。

（2）堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，但系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序，另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的free語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

說(shuō)明：對(duì)于堆來(lái)講，對(duì)于堆來(lái)講，頻繁的new/delete勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對(duì)于棧來(lái)講，則不會(huì)存在這個(gè)問(wèn)題，

4.申請(qǐng)效率

（1）棧由系統(tǒng)自動(dòng)分配，速度快。但程序員是無(wú)法控制的

（2）堆是由malloc分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生碎片，不過(guò)用起來(lái)最方便。

5.堆和棧中的存儲(chǔ)內(nèi)容

（1）棧：在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的主函數(shù)中后的下一條語(yǔ)句的地址，然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù)，參數(shù)是從右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注：靜態(tài)變量是不入棧的。

當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。

（2）堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。

6.存取效率

（1）堆：char *s1=”hellow tigerjibo”;是在編譯是就確定的

（2）棧：char s1[]=”hellow tigerjibo”;是在運(yùn)行時(shí)賦值的；用數(shù)組比用指針?biāo)俣雀煲恍?，指針在底層匯編中需要用edx寄存器中轉(zhuǎn)一下，而數(shù)組在棧上讀取。

補(bǔ)充：

棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)會(huì)在底層對(duì)棧提供支持：分配專門(mén)的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門(mén)的指令執(zhí)行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫(kù)提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫(kù)函數(shù)會(huì)按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒(méi)有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會(huì)分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

7.分配方式：

（1）堆都是動(dòng)態(tài)分配的，沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。

（2）棧有兩種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的。它的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無(wú)需手工實(shí)現(xiàn)。

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