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C語(yǔ)言中堆和棧的區別有哪些
在計算機領(lǐng)域，堆棧是一個(gè)不容忽視的概念，對于很多的初學(xué)著(zhù)來(lái)說(shuō)，堆棧是一個(gè)很模糊的概念。本文是百分網(wǎng)小編搜索整理的關(guān)于C語(yǔ)言中堆和棧的區別，供參考閱讀，希望對大家有所幫助!想了解更多相關(guān)信息請持續關(guān)注我們應屆畢業(yè)生考試網(wǎng)!
堆棧：一種數據結構、一個(gè)在程序運行時(shí)用于存放的地方，這可能是很多初學(xué)者的認識，因為我曾經(jīng)就是這么想的和匯編語(yǔ)言中的堆棧一詞混為一談。我身邊的一些編程的朋友以及在網(wǎng)上看帖遇到的朋友中有好多也說(shuō)不清堆棧，所以我想有必要給大家分享一下我對堆棧的看法，有說(shuō)的不對的地方請朋友們不吝賜教，這對于大家學(xué)習會(huì )有很大幫助。
一.前言：
C語(yǔ)言程序經(jīng)過(guò)編譯連接后形成編譯、連接后形成的二進(jìn)制映像文件由棧，堆，數據段(由三部分部分組成：只讀數據段，已經(jīng)初始化讀寫(xiě)數據段，未初始化數據段即BBS)和代碼段組成，如下圖所示：
1.棧區(stack):由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數的參數值，局部變量等值。其操作方式類(lèi)似于數據結構中的棧。
2.堆區(heap):一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，則可能會(huì )引起內存泄漏。注堆和數據結構中的堆棧不一樣，其類(lèi)是與鏈表。
3.程序代碼區：存放函數體的二進(jìn)制代碼。
4.數據段：由三部分組成：
1>只讀數據段：
只讀數據段是程序使用的一些不會(huì )被更改的數據，使用這些數據的方式類(lèi)似查表式的操作，由于這些變量不需要更改，因此只需要放置在只讀存儲器中即可。一般是const修飾的變量以及程序中使用的文字常量一般會(huì )存放在只讀數據段中。
2>已初始化的讀寫(xiě)數據段：
已初始化數據是在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲器的空間，在程序執行時(shí)它們需要位于可讀寫(xiě)的內存區域內，并且有初值，以供程序運行時(shí)讀寫(xiě)。在程序中一般為已經(jīng)初始化的全局變量，已經(jīng)初始化的靜態(tài)局部變量(static修飾的已經(jīng)初始化的變量)
3>未初始化段(BSS)：
未初始化數據是在程序中聲明，但是沒(méi)有初始化的變量，這些變量在程序運行之前不需要占用存儲器的空間。與讀寫(xiě)數據段類(lèi)似，它也屬于靜態(tài)數據區。但是該段中數據沒(méi)有經(jīng)過(guò)初始化。未初始化數據段只有在運行的初始化階段才會(huì )產(chǎn)生，因此它的大小不會(huì )影響目標文件的大小。在程序中一般是沒(méi)有初始化的全局變量和沒(méi)有初始化的靜態(tài)局部變量。
二.堆和棧的區別
1.申請方式
(1)棧(satck):由系統自動(dòng)分配。例如，聲明在函數中一個(gè)局部變量int b;系統自動(dòng)在棧中為b開(kāi)辟空間。
(2)堆(heap):需程序員自己申請(調用malloc,realloc,calloc),并指明大小，并由程序員進(jìn)行釋放。容易產(chǎn)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(cháng)方向與內存的生長(cháng)方向相反)。棧的大小是固定的。如果申請的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。
(2)堆：堆是高地址擴展的數據結構(它的生長(cháng)方向與內存的生長(cháng)方向相同)，是不連續的內存區域。這是由于系統使用鏈表來(lái)存儲空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由底地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛擬內存。
3.系統響應：
(1)棧：只要棧的空間大于所申請空間，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(gè)記錄空閑內存地址的鏈表，但系統收到程序的申請時(shí)，會(huì )遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請空間的堆結點(diǎn)，然后將該結點(diǎn)從空閑鏈表中刪除，并將該結點(diǎn)的空間分配給程序，另外，對于大多數系統，會(huì )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(yǔ)句才能正確的釋放本內存空間。另外，找到的堆結點(diǎn)的大小不一定正好等于申請的大小，系統會(huì )自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。
說(shuō)明：對于堆來(lái)講，對于堆來(lái)講，頻繁的new/delete勢必會(huì )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。對于棧來(lái)講，則不會(huì )存在這個(gè)問(wèn)題，
4.申請效率
(1)棧由系統自動(dòng)分配，速度快。但程序員是無(wú)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(chǎn)生碎片，不過(guò)用起來(lái)最方便。
5.堆和棧中的存儲內容
(1)棧：在函數調用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的主函數中后的下一條語(yǔ)句的地址，然后是函數的各個(gè)參數，參數是從右往左入棧的，然后是函數中的局部變量。注：靜態(tài)變量是不入棧的。
當本次函數調用結束后，局部變量先出棧，然后是參數，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續執行。
(2)堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)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(shí)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(huì )在底層對棧提供支持：分配專(zhuān)門(mén)的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專(zhuān)門(mén)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(huì )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(méi)有足夠大小的空間(可能是由于內存碎片太多)，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(huì )分到足夠大小的內存，然后進(jìn)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(dòng)態(tài)分配的，沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。
(2)棧有兩種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的。它的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無(wú)需手工實(shí)現。
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