在計算機領域，堆疊是一個不容忽視的概念，我們編寫的C語言程式基本上都要用到。但對於很多的初學著來說，堆疊是一個很模糊的概念。堆疊：一種資料結構、一個在程式執行時用於存放的地方，這可能是很多初學者的認識，因為我曾經就是這麼想的和組合語言中的堆疊一詞混為一談。我身邊的一些程式設計的朋友以及在網上看帖遇到的朋友中有好多也說不清堆疊，所以我想有必要給大家分享一下我對堆疊的看法，有說的不對的地方請朋友們不吝賜教，這對於大家學習會有很大幫助。

資料結構的棧和堆

    首先在資料結構上要知道堆疊，儘管我們這麼稱呼它，但實際上堆疊是兩種資料結構：堆和棧。

    堆和棧都是一種資料項按序排列的資料結構。

棧就像裝資料的桶或箱子

    我們先從大家比較熟悉的棧說起吧，它是一種具有後進先出性質的資料結構，也就是說後存放的先取，先存放的後取。這就如同我們要取出放在箱子裡面底下的東西（放入的比較早的物體），我們首先要移開壓在它上面的物體（放入的比較晚的物體）。

堆像一棵倒過來的樹

    而堆就不同了，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。

記憶體分配中的棧和堆

    然而我要說的重點並不在這，我要說的堆和棧並不是資料結構的堆和棧，之所以要說資料結構的堆和棧是為了和後面我要說的堆區和棧區區別開來，請大家一定要注意。

    下面就說說C語言程式記憶體分配中的堆和棧，這裡有必要把記憶體分配也提一下，大家不要嫌我囉嗦，一般情況下程式存放在Rom或Flash中，執行時需要拷到記憶體中執行，記憶體會分別儲存不同的資訊，如下所示：

1.記憶體分配方式

    記憶體分配方式有三種：

    [1]從靜態儲存區域分配。記憶體在程式編譯的時候就已經分配好，這塊記憶體在程式的整個執行期間都存在。例如全域性變數，static變數。

    [2]在棧上建立。在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。

    [3]從堆上分配，亦稱動態記憶體分配。程式在執行的時候用malloc或new申請任意多少的記憶體，程式員自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期由程式員決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責任回收它，否則執行的程式會出現記憶體洩漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產生堆內碎塊。

2.程式的記憶體空間

    一個程式將作業系統分配給其執行的記憶體塊分為4個區域，如下圖所示。

    一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分：

    1、棧區（stack）  由編譯器自動分配釋放，存放為執行函式而分配的區域性變數、函式引數、返回資料、返回地址等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

    2、堆區（heap）   一般由程式員分配釋放，若程式員不釋放，程式結束時可能由OS回收。分配方式類似於連結串列。

    3、全域性區（靜態區）（static）存放全域性變數、靜態資料、常量。程式結束後有系統釋放

    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（類成員函式和全域性函式）的二進位制程式碼。

    記憶體中的棧區處於相對較高的地址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，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。

來看一個網上很流行的經典例子：

main.cpp 
int a = 0; 全域性初始化區 
char *p1; 全域性未初始化區 
main() 
{ 
int b; 棧 
char s[] = "abc"; 棧 
char *p2; 棧 
char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區，p3在棧上。 
static int c =0； 全域性（靜態）初始化區 
p1 = (char *)malloc(10);  堆 
p2 = (char *)malloc(20);  堆 
}

0.申請方式和回收方式不同

    不知道你是否有點明白了，堆和棧的第一個區別就是申請方式不同：棧（英文名稱是stack）是系統自動分配空間的，例如我們定義一個 char a；系統會自動在棧上為其開闢空間。而堆（英文名稱是heap）則是程式設計師根據需要自己申請的空間，例如malloc（10）；開闢十個位元組的空間。由於棧上的空間是自動分配自動回收的，所以棧上的資料的生存週期只是在函式的執行過程中，執行後就釋放掉，不可以再訪問。而堆上的資料只要程式設計師不釋放空間，就一直可以訪問到，不過缺點是一旦忘記釋放會造成記憶體洩露。還有其他的一些區別我認為網上的朋友總結的不錯這裡轉述一下：

1.申請後系統的響應

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。 
    也就是說堆會在申請後還要做一些後續的工作這就會引出申請效率的問題。

2.申請效率的比較

根據第0點和第1點可知。

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。

3.申請大小的限制

棧：在Windows下,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。

4.堆和棧中的儲存內容

由於棧的大小有限，所以用子函式還是有物理意義的，而不僅僅是邏輯意義。

棧： 在函式呼叫時，第一個進棧的是主函式中函式呼叫後的下一條指令（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。

關於儲存內容還可以參考這道題。這道題還涉及到區域性變數的存活期。

5.存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 
aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的；放在棧中。 
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；放在堆中。 
但是，在以後的存取中，在棧上的陣列比指標所指向的字串(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; 
} 
對應的彙編程式碼 
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

關於堆和棧區別的比喻

堆和棧的區別可以引用一位前輩的比喻來看出： 
    使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、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餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，說的很通俗易懂，不知道你是否有點收穫。