浅谈堆和栈的区别

xiaoxiao2021-02-28  2

笔者作为一个小白,对于堆和栈的概念,总是感觉很朦胧,他们认识我,而我只是偶尔见过,并没有深交

   然而在计算机领域,堆栈是一个不容忽视的概念,堆栈是 两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构,只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。在单片机应用中,堆栈是个特殊的存储 区,主要功能是暂时存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。要点:堆,队列优先,先进先出(FIFO—first in first out)。栈,先进后出(FILO—First-In/Last-Out)。

   一般情况下,如果有人把堆栈合起来说,那它的意思是栈,可不是堆。。。。。

  他们之间区别,对于初学者来说总是混淆不清,笔者自己就是,因而觉得还是有必要对此稍加整理,最起码自己在心里也有个概念。能力问题,写得不好,对此问题,各IT类的BBS,blog都有写得很好的,大家可以学习。百度百科上对堆和栈进行了对比分析:

堆栈空间分配

栈(操作系统):由操作系统自动分配释放 ,存放函数的 参数值, 局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 堆(操作系统): 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收,分配方式倒是类似于链表

堆栈缓存方式

栈使用的是 一级缓存, 他们通常都是被调用时处于存储空间中,调用完毕立即释放。 堆则是存放在 二级缓存中,生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定(并不是一旦成为孤儿对象就能被回收)。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

堆栈数据结构区别

堆(数据结构):堆可以被看成是一棵树,如:堆排序。 栈(数据结构):一种先进后出的数据结构。 例如:顺序栈AStack的类定义 template < class T > class AStack { private: int size ; // 数组的规模 T * stackArray ; // 存放堆栈元素的数组 int top ; // 栈顶所在数组元素的下标 public: AStack ( int MaxStackSize ) // 构造函数 { size = MaxStackSize ; stackArray = new T [MaxStackSize] ; top = -1 ; } ~AStack ( ) { delete [ ] stackArray ; } // 析构函数 bool Push ( const T& item ) ; // 向栈顶压入一个元素 bool Pop ( T & item ) ; // 从栈顶弹出一个元素 bool Peek ( T & item ) const ; // 存取栈顶元素 int IsEmpty ( void ) const { return top = = -1 ; } // 检测栈是否为空 int IsFull ( void ) const { return top   size-1 ; } // 检测栈是否为满 void clear ( void ) { top-1 ; } // 清空栈 } ;

    首先,我们举一个例子:     void f() { int* p=new int[5]; }      这 条短短的一句话就包含了堆与栈,看到new,我们首先就应该想到,我们分配了一块堆内存,那么指针p呢?他分配的是一块栈内存,所以这句话的意思就是:在 栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小,然后调用operator new分配内存,然后返回这块内存的首地 址,放入栈中,他在VC6下的汇编代码如下:     00401028   push        14h     0040102A   call        operator new (00401060)     0040102F   add         esp,4     00401032   mov         dword ptr [ebp-8],eax     00401035   mov         eax,dword ptr [ebp-8]     00401038   mov         dword ptr [ebp-4],eax     这里,我们为了简单并没有释放内存,那么该怎么去释放呢?是delete p么?澳,错了,应该是delete []p,这是为了告诉编译器:我删除的是一个数组,VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。     好了,我们回到我们的主题:堆和栈究竟有什么区别? 笔者为此做出鄙陋总结     主要的区别由以下几点:     1、管理方式不同;     2、空间大小不同;     3、能否产生碎片不同;     4、生长方向不同;     5、分配方式不同;     6、分配效率不同;     管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。     空间大小:一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下面,默认的栈空间大小是1M(好像是,记不清楚了)。当然,我们可以修改:         打开工程,依次操作菜单如下:Project->Setting->Link,在Category 中选中Output,然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。 注意:reserve最小值为4Byte;commit是保留在虚拟内存的页文件里面,它设置的较大会使栈开辟较大的值,可能增加内存的开销和启动时间。     碎 片问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因 为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出,详细的可 以参考数据结构,这里我们就不再一一讨论了。     生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。     分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。     分 配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较 高。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内 存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到 足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。     从这里我们可以看到,堆和栈相比,由于大量new/delete的使用,容 易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广 泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址,EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用 堆。     虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。     无论是堆还是 栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果,就算是在你的程 序运行过程中,没有发生上面的问题,你还是要小心,说不定什么时候就崩掉,那时候debug可是相当困难的:)

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