堆、棧和佇列的區別
目錄
資料結構中的堆、棧和佇列
堆：堆是一種經過排序的樹形資料結構，每個結點都有一個值。通常我們所說的堆的資料結構，是指二叉堆。堆的特點是根結點的值最小（或最大），且根結點的兩個子樹也是一個堆。由於堆的這個特性，常用來實現優先佇列，堆的存取是隨意，這就如同我們在圖書館的書架上取書，雖然書的擺放是有順序的，但是我們想取任意一本時不必像棧一樣，先取出前面所有的書，書架這種機制不同於箱子，我們可以直接取出我們想要的書。
棧：又名堆疊，是一種運算受限的線性表。只允許在棧頂插入和刪除元素。棧頂是低位，棧底是高位。棧中沒有元素時稱為空棧，棧符合先進後出原則(LIFO,last in first out)。
實質：線性表
操作： push 、pop
佇列：也是一種運算受限的線性表。 特殊之處在於它只允許在佇列的前端（front，隊頭）進行刪除操作，而在佇列的後端（rear，隊尾）進行插入操作。當佇列中沒有元素時，即front=rear，稱為空佇列。在佇列中插入一個佇列元素稱為入隊，從佇列中刪除一個佇列元素稱為出隊。佇列符合先進先出(FIFO—first in first out)原則
實質：線性表
記憶體申請中的堆和棧
堆：堆是在程式執行時，而不是在程式編譯時，申請的某個大小的記憶體空間。即動態分配的記憶體，對其訪問和對一般記憶體的訪問沒有區別。堆是應用程式在執行的時候請求作業系統分配給自己的記憶體，一般是申請/給予的過程，一般由程式設計師分配釋放， 若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收
棧：由作業系統自動分配釋放 ，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧
作用：暫時儲存資料的地方，用來在函式呼叫的時候儲存斷點
棧在程式的執行中有著舉足輕重的作用。最重要的是棧儲存了一個函式呼叫時所需要的維護資訊，這常常稱之為堆疊幀或者活動記錄。堆疊幀一般包含如下幾方面的資訊：
1．函式的返回地址和引數
2．臨時變數：包括函式的非靜態區域性變數以及編譯器自動生成的其他臨時變數。
記憶體中的棧區處於相對較高的地址。如果以地址的增長方向為上的話，棧地址是向下增長的，棧中分配區域性變數空間。而堆區是向上增長的用於分配程式設計師申請的記憶體空間。另外還有靜態區是分配靜態變數，全域性變數空間的；只讀區是分配常量和程式程式碼空間的；以及其他一些分割槽。
一個C/C++程式佔用的記憶體如下：
1、棧區(stack)：由編譯器自動分配釋放 ，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。
2、堆區(heap)： 一般由程式設計師分配釋放， 若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收 。注意它與資料結構中的堆是兩回事
3、全域性區、靜態區(static)：全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域， 未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後由系統釋放
4、文字常量區：常量字串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放
5、程式程式碼區：存放函式體的二進位制程式碼。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int a=0; //可讀寫區：全域性變數
void main(){
char*d="123456"; //棧區：系統自動分配的
static int e=0; //可讀寫去：靜態變數
char*p1=(char*)malloc(10); //堆區：程式設計師申請的
const float PI=3.1415; //只讀區：常量
} 申請記憶體後的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程式提供記憶體，否則將報異常提示棧溢位。
堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列，當系統收到程式的申請時， 會遍歷該連結串列，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結點連結串列中刪除，並將該結點的空間分配給程式。另外，對於大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，程式碼中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。另外，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒連結串列中。
申請大小的限制
棧：在Windows中，棧是向低地址擴充套件的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，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），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。
堆：堆是向高地址擴充套件的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用連結串列來儲存的空閒記憶體地址的，自然是不連續的，而連結串列的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬記憶體。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
棧由系統自動分配，速度較快。但程式設計師是無法控制的。
堆是由new分配的記憶體，一般速度比較慢，而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配記憶體，他不是在堆，也不是在棧是直接在程序的地址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。
堆和棧中的儲存內容
棧： 在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中後的下一條指令（函式呼叫語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函式的各個引數，在大多數的C編譯器中，引數是由右往左入棧的，然後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。
當本次函式呼叫結束後，區域性變數先出棧，然後是引數，最後棧頂指標指向最開始存的地址，也就是主函式中的下一條指令，程式由該點繼續執行。
堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。