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【转】数据结构中栈和堆---内存分配中栈和堆
一、数据结构的栈和堆
首先在数据结构上要知道堆栈,尽管我们这么称呼它,但实际上堆栈是两种数据结构:堆和栈。堆和栈都是一种数据项按序排列的数据结构。
1)栈就像装数据的桶或箱子 我们先从大家比较熟悉的栈说起吧,它是一种具有后进先出性质的数据结构,也就是说后存放的先取,先存放的后取。这就如同我们要取出放在箱子里面底下的东西(放入的比较早的物体),我们首先要移开压在它上面的物体(放入的比较晚的物体)。
2)堆像一棵倒过来的树
而堆就不同了,堆是一种经过排序的树形数据结构,每个结点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构,是指二叉堆。堆的特点是根结点的值最小(或最大),且根结点的两个子树也是一个堆。由于堆的这个特性,常用来实现优先队列,堆的存取是随意,这就如同我们在图书馆的书架上取书,虽然书的摆放是有顺序的,但是我们想取任意一本时不必像栈一样,先取出前面所有的书,书架这种机制不同于箱子,我们可以直接取出我们想要的书。
以上部分转载于wolenski的博客
二、内存分配中的栈和堆
以下部分转载于猫已经找不回了的博客
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。
例子程序
这是一个前辈写的,非常详细
1 //main.cpp 2 int a = 0; //全局初始化区 3 char *p1; //全局未初始化区 4 main() 5 { 6 int b; //栈 7 char s[] = "abc"; //栈 8 char *p2; //栈 9 char *p3 = "123456"; //123456/0在常量区,p3在栈上。 10 static int c =0; //全局(静态)初始化区 11 p1 = (char *)malloc(10); 12 p2 = (char *)malloc(20); 13 //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。 14 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。 */ 15 }
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:
1 #include 2 void main() 3 { 4 char a = 1; 5 char c[] = "1234567890"; 6 char *p ="1234567890"; 7 a = c[1]; 8 a = p[1]; 9 return; 10 }
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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