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淺析棧區(qū)和堆區(qū)內(nèi)存分配的區(qū)別

 更新時間:2013年08月13日 09:17:30   作者:  
以下是對棧區(qū)和堆區(qū)內(nèi)存分配的區(qū)別進行了詳細的分析介紹,需要的朋友可以過來參考下
一直以來總是對這個問題的認識比較朦朧,我相信很多朋友也是這樣的,總是聽到內(nèi)存一會在棧上分配,一會又在堆上分配,那么它們之間到底是怎么的區(qū)別呢?為了說明這個問題,我們先來看一下內(nèi)存內(nèi)部的組織情況.



從上圖可知,程序占用的內(nèi)存被分了以下幾部分.

1、棧區(qū)(stack)
由編譯器自動分配釋放 ,存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量的值等,內(nèi)存的分配是連續(xù)的,類似于平時我們所說的棧,如果還不清楚,那么就把它想成數(shù)組,它的內(nèi)存分配是連續(xù)分配的,即,所分配的內(nèi)存是在一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域內(nèi).當我們聲明變量時,那么編譯器會自動接著當前棧區(qū)的結(jié)尾來分配內(nèi)存.

2、堆區(qū)(heap)
一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由操作系統(tǒng)回收.類似于鏈表,在內(nèi)存中的分布不是連續(xù)的,它們是不同區(qū)域的內(nèi)存塊通過指針鏈接起來的.一旦某一節(jié)點從鏈中斷開,我們要人為的把所斷開的節(jié)點從內(nèi)存中釋放.

3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)
全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放

4、文字常量區(qū)
常量字符串就是放在這里的。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放

5、程序代碼區(qū)
存放函數(shù)體的二進制代碼。

先看一個例子.
char c; //棧上分配
char *p = new char[3]; //堆上分配,將地址賦給了p;

在 編譯器遇到第一條指令時,計算其大小,然后去查找當前棧的空間是大于所需分配的空間大小,如果這時棧內(nèi)空間大于所申請的空間,那么就為其分配內(nèi)存空間,注 意:在這里,內(nèi)在空間的分配是連續(xù)的,是接著上次分配結(jié)束后進行分配的.如果棧內(nèi)空間小于所申請的空間大小,那么這時系統(tǒng)將揭示棧溢出,并給出相應的異常 信息.

編譯器遇到第二條指令時,由于p是在棧上分配的,所以在為p分配內(nèi)在空間時和上面的方法一樣,但當遇到new關(guān) 鍵字,那么編譯器都知道,這是用戶申請的動態(tài)內(nèi)存空間,所以就會轉(zhuǎn)到堆上去為其尋找空間分配.大家注意:堆上的內(nèi)存空間不是連續(xù)的,它是由相應的鏈表將其 空間區(qū)時的內(nèi)在區(qū)塊連接的,所以在接到分配內(nèi)存空間的指定后,它不會馬上為其分配相應的空間,而是先要計算所需空間,然后再到遍列整個堆(即遍列整個鏈的 節(jié)點),將第一次遇到的內(nèi)存塊分配給它.最后再把在堆上分配的字符數(shù)組的首地址賦給p.,這個時候,大家已經(jīng)清楚了,p中現(xiàn)在存放的是在堆中申請的字符數(shù)組的首地址,也就是在堆中申請的數(shù)組的地址現(xiàn)在被賦給了在棧上申請的指針變量p.為了更加形象的說明問題,請看下圖:



從上圖可以看出,我們在堆上動態(tài)分配的數(shù)組的首地址存入了指針p所指向的內(nèi)容.

請注意:在棧上所申請的內(nèi)存空間,當我們出了變量所在的作用域后,系統(tǒng)會自動我們回收這些空間,而在堆上申請的空間,當出了相應的作用域以后,我們需要顯式 的調(diào)用delete來釋放所申請的內(nèi)存空間,如果我們不及時得對這些空間進行釋放,那么內(nèi)存中的內(nèi)存碎片就越來越多,從而我們的實際內(nèi)存空間也就會變的越 來越少,即,孤立的內(nèi)存塊越來越多.在這里,我們知道,堆中的內(nèi)存區(qū)域不是連續(xù)的,還是將有效的內(nèi)存區(qū)域經(jīng)過鏈表指針連接起來的,如果我們申請到了某一塊 內(nèi)存,那么這一塊內(nèi)存區(qū)將會從連續(xù)的(通過鏈表連接起來的)內(nèi)存塊上斷開,如果我們在使用完后,不及時的對它進行釋放,那么它就會孤立的開來,由于沒有任 何指針指向它,所以這個區(qū)域?qū)⒊蔀閮?nèi)存碎片,所以在使用完動態(tài)分配的內(nèi)存(通過NEW申請)后,一定要顯式的對它進行DELETE刪除.對于這一點,一定 要切記...

上面給大家陳述了它們之間的概念,對于它們倆的使用比較方面,這里我就不能大家斷續(xù)陳述了,對于這個問題,網(wǎng)上一網(wǎng)友的文章中闡述的比較詳細,而且附帶了專業(yè)的色彩,下面的文章是部分片斷.


申請大小的限制
棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),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)預先規(guī)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(shù)),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。

堆:堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的,自然是不連續(xù)的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。

申請效率的比較:
棧由系統(tǒng)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(nèi)存,一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過用起來最方便.

另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存,他不是在堆,也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內(nèi)存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。


堆和棧中的存儲內(nèi)容
棧:
在函數(shù)調(diào)用時,第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令(函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址,然后是函數(shù)的各個參數(shù),在大多數(shù)的C編譯器中,參數(shù)是由右往左入棧的,然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。

當本次函數(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始存的地址,也就是主函數(shù)中的下一條指令,程序由該點繼續(xù)運行。

堆:一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

存取效率的比較
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;
但是,在以后的存取中,在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(例如堆)快。

比如:

復制代碼 代碼如下:

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

對應的匯編代碼
復制代碼 代碼如下:

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(jù)edx讀取字符,顯然慢了。

小結(jié):
堆和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出:
使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點菜(發(fā)出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,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吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度

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