堆和棧的區(qū)別
一、預(yù)備知識—程序的內(nèi)存分配
一個由c/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分
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。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，程序結(jié)束時可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表，呵呵。
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)束后有系統(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。
二、例子程序 
這是一個前輩寫的，非常詳細 
//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)，p3在棧上。 
static int c =0； 全局（靜態(tài)）初始化區(qū) 
p1 = (char *)malloc(10); 
p2 = (char *)malloc(20); 
分配得來得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。 
strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。 
}  


二、堆和棧的理論知識 
2.1申請方式 
stack: 
由系統(tǒng)自動分配。 例如，聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間 
heap: 
需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數(shù) 
如p1 = (char *)malloc(10); 
在C++中用new運算符 
如p2 = (char *)malloc(10); 
但是注意p1、p2本身是在棧中的。 


2.2 
申請后系統(tǒng)的響應(yīng) 
棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報異常提示棧溢出。 
堆：首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時， 
會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點，然后將該結(jié)點從空閑結(jié)點鏈表中刪除，并將該結(jié)點的空間分配給程序，另外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(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delete語句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外，由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 

2.3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(yù)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。 


2.4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。 

2.5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(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。 

2.6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?biāo)赶虻淖址?例如堆)快。 
比如： 
#include 
void main() 
{ 
char a = 1; 
char c[] = "1234567890"; 
char *p ="1234567890"; 
a = c[1]; 
a = p[1]; 
return; 
} 
對應(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 
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。 


2.7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(zhǔn)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，而且自由度大。 





windows進程中的內(nèi)存結(jié)構(gòu)


在閱讀本文之前，如果你連堆棧是什么多不知道的話，請先閱讀文章后面的基礎(chǔ)知識。 

接觸過編程的人都知道，高級語言都能通過變量名來訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。那么這些變量在內(nèi)存中是如何存放的呢？程序又是如何使用這些變量的呢？下面就會對此進行深入的討論。下文中的C語言代碼如沒有特別聲明，默認都使用VC編譯的release版。 

首先，來了解一下 C 語言的變量是如何在內(nèi)存分部的。C 語言有全局變量(Global)、本地變量(Local)，靜態(tài)變量(Static)、寄存器變量(Regeister)。每種變量都有不同的分配方式。先來看下面這段代碼： 

#include <stdio.h> 

int g1=0, g2=0, g3=0; 

int main() 
{ 
static int s1=0, s2=0, s3=0; 
int v1=0, v2=0, v3=0; 

//打印出各個變量的內(nèi)存地址 

printf("0x%08x\n",&v1); //打印各本地變量的內(nèi)存地址 
printf("0x%08x\n",&v2); 
printf("0x%08x\n\n",&v3); 
printf("0x%08x\n",&g1); //打印各全局變量的內(nèi)存地址 
printf("0x%08x\n",&g2); 
printf("0x%08x\n\n",&g3); 
printf("0x%08x\n",&s1); //打印各靜態(tài)變量的內(nèi)存地址 
printf("0x%08x\n",&s2); 
printf("0x%08x\n\n",&s3); 
return 0; 
} 

編譯后的執(zhí)行結(jié)果是： 

0x0012ff78 
0x0012ff7c 
0x0012ff80 

0x004068d0 
0x004068d4 
0x004068d8 

0x004068dc 
0x004068e0 
0x004068e4 

輸出的結(jié)果就是變量的內(nèi)存地址。其中v1,v2,v3是本地變量，g1,g2,g3是全局變量，s1,s2,s3是靜態(tài)變量。你可以看到這些變量在內(nèi)存是連續(xù)分布的，但是本地變量和全局變量分配的內(nèi)存地址差了十萬八千里，而全局變量和靜態(tài)變量分配的內(nèi)存是連續(xù)的。這是因為本地變量和全局/靜態(tài)變量是分配在不同類型的內(nèi)存區(qū)域中的結(jié)果。對于一個進程的內(nèi)存空間而言，可以在邏輯上分成3個部份：代碼區(qū)，靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)。動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)一般就是“堆棧”。“棧(stack)”和“堆(heap)”是兩種不同的動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，棧是一種線性結(jié)構(gòu)，堆是一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。進程的每個線程都有私有的“棧”，所以每個線程雖然代碼一樣，但本地變量的數(shù)據(jù)都是互不干擾。一個堆棧可以通過“基地址”和“棧頂”地址來描述。全局變量和靜態(tài)變量分配在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，本地變量分配在動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，即堆棧中。程序通過堆棧的基地址和偏移量來訪問本地變量。 


├———————┤低端內(nèi)存區(qū)域 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ 動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū) │ 
├———————┤ 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ 代碼區(qū) │ 
├———————┤ 
│ 靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū) │ 
├———————┤ 
│ …… │ 
├———————┤高端內(nèi)存區(qū)域 


堆棧是一個先進后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，棧頂?shù)刂房偸切∮诘扔跅５幕刂贰Ｎ覀兛梢韵攘私庖幌潞瘮?shù)調(diào)用的過程，以便對堆棧在程序中的作用有更深入的了解。不同的語言有不同的函數(shù)調(diào)用規(guī)定，這些因素有參數(shù)的壓入規(guī)則和堆棧的平衡。windows API的調(diào)用規(guī)則和ANSI C的函數(shù)調(diào)用規(guī)則是不一樣的，前者由被調(diào)函數(shù)調(diào)整堆棧，后者由調(diào)用者調(diào)整堆棧。兩者通過“__stdcall”和“__cdecl”前綴區(qū)分。先看下面這段代碼： 

#include <stdio.h> 

void __stdcall func(int param1,int param2,int param3) 
{ 
int var1=param1; 
int var2=param2; 
int var3=param3; 
printf("0x%08x\n",?m1); //打印出各個變量的內(nèi)存地址 
printf("0x%08x\n",?m2); 
printf("0x%08x\n\n",?m3); 
printf("0x%08x\n",&var1); 
printf("0x%08x\n",&var2); 
printf("0x%08x\n\n",&var3); 
return; 
} 

int main() 
{ 
func(1,2,3); 
return 0; 
} 

編譯后的執(zhí)行結(jié)果是： 

0x0012ff78 
0x0012ff7c 
0x0012ff80 

0x0012ff68 
0x0012ff6c 
0x0012ff70 


├———————┤<—函數(shù)執(zhí)行時的棧頂（ESP）、低端內(nèi)存區(qū)域 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ var 1 │ 
├———————┤ 
│ var 2 │ 
├———————┤ 
│ var 3 │ 
├———————┤ 
│ RET │ 
├———————┤<—“__cdecl”函數(shù)返回后的棧頂（ESP） 
│ parameter 1 │ 
├———————┤ 
│ parameter 2 │