記憶體中堆（heap）與棧（stack）的區別
阿新 • • 發佈：2019-02-06
根源出處已不可考證，不過寫的很好，轉來當作備忘。
一個程式一般分為3段：text段，data段，bss段。
- TEXT 段：就是放程式程式碼的，編譯時確定，只讀；
- DATA 段：存放在編譯階段（而非執行時）就能確定的資料，可讀可寫。就是通常所說的靜態儲存區，賦了初值的全域性變數和靜態變數存放在這個區域，常量也存放在這個區域；
- BSS 段：定義而沒有賦初值的全域性變數和靜態變數，放在這個區域。
堆疊，就是棧的簡稱（完全是國人的翻譯問題造成的）。而棧與堆的區別在於：
預備知識——程式的記憶體分配
一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分
- 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。
- 堆區（heap）———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，分配方式倒是類似於連結串列。
- 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。 程式結束後有系統釋放。
- 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。
- 程式程式碼區（code）——存放函式體的二進位制程式碼。
這是一個前輩寫的例子程式，非常詳細：
//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 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); p2 = (char *)malloc(20); // 分配得來得10和20位元組的區域就在堆區 strcpy(p1, "123456"); // 123456放常量區，編譯器可能將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方 }
堆和棧的理論知識
2.1. 申請方式
- stack：由系統自動分配。例如，宣告在函式中一個區域性變數 int b; 系統自動在棧中為b開闢空間
- heap：需要程式設計師自己申請，並指明大小，在C中 malloc 函式，如p1 = (char *)malloc(10)；在C++中用new運算子，如p2 = (char *)malloc(10)。但注意p1、p2本身是在棧中的。
2.2. 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。
2.3. 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。
2.4. 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，它不是在堆，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。
2.5. 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。
2.6. 存取效率的比較
char s1[] = "aaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在執行時刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；
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第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中，而第二種則要先把指標值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。
2.7. 小結
堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：
- 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。