堆和棧的區(qū)別(內(nèi)存和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，堆棧是一個(gè)不容忽視的概念懊蒸，我們編寫的C語(yǔ)言程序基本上都要用到兴使。但對(duì)于很多的初學(xué)著來(lái)說(shuō)，堆棧是一個(gè)很模糊的概念灾常。堆棧：一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)霎冯、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)钞瀑，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肃晚。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)堆棧的看法仔戈，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)有很大幫助拧廊。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的棧和堆

首先在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上要知道堆棧监徘，盡管我們這么稱呼它，但實(shí)際上堆棧是兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：堆和棧吧碾。
堆和棧都是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)凰盔。
棧就像裝數(shù)據(jù)的桶或箱子
我們先從大家比較熟悉的棧說(shuō)起吧，它是一種具有后進(jìn)先出性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)倦春，也就是說(shuō)后存放的先取户敬，先存放的后取。這就如同我們要取出放在箱子里面底下的東西（放入的比較早的物體）睁本，我們首先要移開(kāi)壓在它上面的物體（放入的比較晚的物體）尿庐。
堆像一棵倒過(guò)來(lái)的樹(shù)
而堆就不同了，堆是一種經(jīng)過(guò)排序的樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢堰，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有一個(gè)值抄瑟。通常我們所說(shuō)的堆的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指二叉堆枉疼。堆的特點(diǎn)是根結(jié)點(diǎn)的值最衅ぜ佟（或最大），且根結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子樹(shù)也是一個(gè)堆骂维。由于堆的這個(gè)特性惹资，常用來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列，堆的存取是隨意航闺，這就如同我們?cè)趫D書館的書架上取書褪测，雖然書的擺放是有順序的，但是我們想取任意一本時(shí)不必像棧一樣，先取出前面所有的書汰扭，書架這種機(jī)制不同于箱子稠肘，我們可以直接取出我們想要的書。

內(nèi)存分配中的棧和堆

然而我要說(shuō)的重點(diǎn)并不在這萝毛，我要說(shuō)的堆和棧并不是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的堆和棧项阴，之所以要說(shuō)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的堆和棧是為了和后面我要說(shuō)的堆區(qū)和棧區(qū)區(qū)別開(kāi)來(lái)，請(qǐng)大家一定要注意笆包。
下面就說(shuō)說(shuō)C語(yǔ)言程序內(nèi)存分配中的堆和棧环揽，這里有必要把內(nèi)存分配也提一下，大家不要嫌我啰嗦庵佣，一般情況下程序存放在Rom或Flash中歉胶，運(yùn)行時(shí)需要拷到內(nèi)存中執(zhí)行，內(nèi)存會(huì)分別存儲(chǔ)不同的信息巴粪，如下圖所示：
內(nèi)存中的棧區(qū)處于相對(duì)較高的地址以地址的增長(zhǎng)方向?yàn)樯系脑捦ń瘢瑮５刂肥窍蛳略鲩L(zhǎng)的。
棧中分配局部變量空間肛根，堆區(qū)是向上增長(zhǎng)的用于分配程序員申請(qǐng)的內(nèi)存空間辫塌。另外還有靜態(tài)區(qū)是分配靜態(tài)變量，全局變量空間的派哲；只讀區(qū)是分配常量和程序代碼空間的臼氨；以及其他一些分區(qū)。
來(lái)看一個(gè)網(wǎng)上很流行的經(jīng)典例子：

main.cpp
int a = 0; 全局初始化區(qū)
char *p1; 全局未初始化區(qū)
main()
{
int b; 棧
char s[] = "abc"; 棧
char *p2; 棧
char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區(qū)芭届，p3在棧上储矩。
static int c =0； 全局（靜態(tài)）初始化區(qū)
p1 = (char *)malloc(10); 堆
p2 = (char *)malloc(20); 堆
}

0.申請(qǐng)方式和回收方式不同

不知道你是否有點(diǎn)明白了褂乍，堆和棧的第一個(gè)區(qū)別就是申請(qǐng)方式不同：棧（英文名稱是stack）是系統(tǒng)自動(dòng)分配空間的持隧，例如我們定義一個(gè) char a；系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在棧上為其開(kāi)辟空間逃片。而堆（英文名稱是heap）則是程序員根據(jù)需要自己申請(qǐng)的空間舆蝴，例如malloc（10）；開(kāi)辟十個(gè)字節(jié)的空間题诵。由于棧上的空間是自動(dòng)分配自動(dòng)回收的洁仗，所以棧上的數(shù)據(jù)的生存周期只是在函數(shù)的運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行后就釋放掉性锭，不可以再訪問(wèn)赠潦。而堆上的數(shù)據(jù)只要程序員不釋放空間，就一直可以訪問(wèn)到草冈，不過(guò)缺點(diǎn)是一旦忘記釋放會(huì)造成內(nèi)存泄露她奥。還有其他的一些區(qū)別我認(rèn)為網(wǎng)上的朋友總結(jié)的不錯(cuò)這里轉(zhuǎn)述一下：

1.申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)

棧：只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間瓮增，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出哩俭。
堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表绷跑，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷該鏈表凡资，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆砸捏。
結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除隙赁，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序垦藏，另外，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)伞访，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掂骏，這樣，代碼中的 delete語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間厚掷。另外弟灼，由于找到的堆結(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冒黑。
也就是說(shuō)堆會(huì)在申請(qǐng)后還要做一些后續(xù)的工作這就會(huì)引出申請(qǐng)效率的問(wèn)題袜爪。

2.申請(qǐng)效率的比較

根據(jù)第0點(diǎn)和第1點(diǎn)可知。
棧：由系統(tǒng)自動(dòng)分配薛闪，速度較快。但程序員是無(wú)法控制的俺陋。
堆：是由new分配的內(nèi)存豁延，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過(guò)用起來(lái)最方便腊状。

3.申請(qǐng)大小的限制

棧：在Windows下,棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)诱咏，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的缴挖，在 WINDOWS下袋狞，棧的大小是2M（也有的說(shuō)是1M，總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的常數(shù)）映屋，如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)苟鸯，將提示overflow。因此棚点，能從棧獲得的空間較小早处。
堆：堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域瘫析。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)的空閑內(nèi)存地址的砌梆，自然是不連續(xù)的默责，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存咸包。由此可見(jiàn)桃序，堆獲得的空間比較靈活，也比較大烂瘫。

4.堆和棧中的存儲(chǔ)內(nèi)容

由于棧的大小有限媒熊，所以用子函數(shù)還是有物理意義的，而不僅僅是邏輯意義忱反。
棧： 在函數(shù)調(diào)用時(shí)泛释，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中函數(shù)調(diào)用后的下一條指令（函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句）的地址，然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù)温算，在大多數(shù)的C編譯器中怜校，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量注竿。注意靜態(tài)變量是不入棧的茄茁。
當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧巩割，然后是參數(shù)裙顽，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令宣谈，程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行愈犹。
堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排闻丑。
關(guān)于存儲(chǔ)內(nèi)容還可以參考這道題漩怎。這道題還涉及到局部變量的存活期。

5.存取效率的比較char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運(yùn)行時(shí)刻賦值的嗦嗡；放在棧中勋锤。
而bbbbbbbbbbb是在編譯時(shí)就確定的；放在堆中侥祭。
但是叁执，在以后的存取中，在棧上的數(shù)組比指針?biāo)赶虻淖址?例如堆)快矮冬。
比如：

#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}

對(duì)應(yīng)的匯編代碼

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

關(guān)于堆和棧區(qū)別的比喻

堆和棧的區(qū)別可以引用一位前輩的比喻來(lái)看出：
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯谈宛，只管點(diǎn)菜（發(fā)出申請(qǐng)）、付錢胎署、和吃（使用）入挣，吃飽了就走，不必理會(huì)切菜硝拧、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗径筏、刷鍋等掃尾工作葛假，他的好處是快捷，但是自由度小滋恬。
使用堆就象是自己動(dòng)手做喜歡吃的菜肴聊训，比較麻煩，但是比較符合自己的口味恢氯，而且自由度大带斑。比喻很形象，說(shuō)的很通俗易懂勋拟，不知道你是否有點(diǎn)收獲勋磕。