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c語言中的堆和棧的區別

編輯:關於C語言

堆和棧的區別


1.申請方式


(1)棧(satck):由系統自動分配。例如,聲明在函數中一個局部變量int b;系統自動在棧中為b開辟空間。


(2)堆(heap):需程序員自己申請(調用malloc,realloc,calloc),並指明大小,並由程序員進行釋放。容易產生memory leak.


eg:char  p;


      p = (char *)malloc(sizeof(char));


但是,p本身是在棧中。


2.申請大小的限制


(1)棧:在windows下棧是向底地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存區域(它的生長方向與內存的生長方向相反)。棧的大小是固定的。如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示overflow。


(2)堆:堆是高地址擴展的數據結構(它的生長方向與內存的生長方向相同),是不連續的內存區域。這是由於系統使用鏈表來存儲空閒內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由底地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。


3.系統響應:


(1)棧:只要棧的空間大於所申請空間,系統將為程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。


(2)堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,但系統收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的free語句才能正確的釋放本內存空間。另外,找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多余的那部分重新放入空閒鏈表中。


說明:對於堆來講,對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,


4.申請效率


(1)棧由系統自動分配,速度快。但程序員是無法控制的


(2)堆是由malloc分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生碎片,不過用起來最方便。


5.堆和棧中的存儲內容


(1)棧:在函數調用時,第一個進棧的主函數中後的下一條語句的地址,然後是函數的各個參數,參數是從右往左入棧的,然後是函數中的局部變量。注:靜態變量是不入棧的。


當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續執行。


(2)堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。


6.存取效率


(1)堆:char *s1=”hellow tigerjibo”;是在編譯是就確定的


(2)棧:char s1[]=”hellow tigerjibo”;是在運行時賦值的;用數組比用指針速度更快一些,指針在底層匯編中需要用edx寄存器中轉一下,而數組在棧上讀取。


補充:


棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。


7.分配方式:


(1)堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。


(2)棧有兩種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的。它的動態分配是由編譯器進行釋放,無需手工實現。

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