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堆和栈的比较表(仅针对C++)

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(Stack)

(Heap)

申请方式

OS自动分配。例如在函数声明一个局部变量int b; OS自动在栈中为b开辟空间

需要程序员自己申请,并指明大小,在cmalloc函数,如p1 = (char*)malloc(10);C++中用new运算符如p2 = new char[10];

注意:p1p2本身是在栈中的

申请后系统响应

只要栈的剩余空间大于所申请的空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈移除。

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。

申请大小的限制

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。

申请的效率

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,它不是在堆,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。

存储内容

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。

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。

存取效率

 


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http://blog.csdn.net/starryheavens/article/details/4672874

在C/C++中,内存中数据存储分成4个区,分别是堆、栈、全局/静态存储区和常量存储区。

栈(stack),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除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

堆(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。

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(DATA段)和未初始化的(BSS段),在C++里面没有这个区分了,它们共同占用同一块内存区。

常量存储区,常量字符串就是放在这里的,不允许修改(通过非正当手段也可以修改,而且方法很多),程序结束后由系统释放。

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|   内核虚拟存储器  |
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|   用户栈(Statk)  |
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|             / /            |
|                             |
|             / /            |
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|      堆(Heap)       |
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|    未初始化(BSS) |
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|      初始化(Data)  |
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|      正文段(Text |
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区分堆与栈:

  1: void f() { int* p=new int[5]; }

这条短短的一句话就包含了堆与栈,关键new指示分配了一块堆内存,而指针P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:

  1: 00401028 push 14h
  2: 0040102A call operator new (00401060)
  3: 0040102F add esp,4
  4: 00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax
  5: 00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]
  6: 00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

堆与栈主要的区别由以下几点:

1)管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需手动控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生内存泄露。

2)申请后系统的响应:对于栈来讲,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。对于堆来讲,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,并将剩余的部分重新放入空闲链表中,最后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。

3)空间大小:堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。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。两个参数都可以修改: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。

4)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。

5)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。(联系:小尾端是高位字节在高端地址、低位字节在低位地址,因此在压栈时先压高字节后压低字节)

6)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,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。另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,它不是在堆,也不是在栈,而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。

总之,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。

堆和栈的比较表(仅针对C++)