Windows作業系統堆和棧的差別

windows作業系統堆和棧的差別

一、預備知識—程式的記憶體配置設定

    一個由c/c++編譯的程式占用的記憶體分為以下幾個部分

    1、棧區（stack）— 由編譯器自動配置設定釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似于資料結構中的棧。

    2、堆區（heap） — 一般由程式員配置設定釋放， 若程式員不釋放，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，配置設定方式倒是類似于連結清單，呵呵。

    3、全局區（靜态區）（static）—，全局變量和靜态變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜态變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜态變量在相鄰的另一塊區域。 - 程式結束後有系統釋放 

    4、文字常量區—常量字元串就是放在這裡的。 程式結束後由系統釋放

    5、程式代碼區—存放函數體的二進制代碼。

二、例子程式 

這是一個前輩寫的，非常詳細 

//main.cpp 

int a = 0;// 全局初始化區 

char *p1; //全局未初始化區 

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；// 全局（靜态）初始化區 

p1 = (char *)malloc(10); 

p2 = (char *)malloc(20); 

//配置設定得來得10和20位元組的區域就在堆區。 

strcpy(p1, "123456"); //123456/0放在常量區，編譯器可能會将它與p3所指向的"123456"             優化成一個地方。 

} 

 二、堆和棧的理論知識 

2.1申請方式 

stack: 由系統自動配置設定。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間 

heap: 需要程式員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數 

如p1 = (char *)malloc(10); 

在c++中用new運算符 

如p2 = (char *)malloc(10); 

但是注意p1、p2本身是在棧中的。 

2.2 申請後系統的響應 

棧：隻要棧的剩餘空間大于所申請空間，系統将為程式提供記憶體，否則将報異常提示棧溢出。 

堆：首先應該知道作業系統有一個記錄空閑記憶體位址的連結清單，當系統收到程式的申請時， 會周遊該連結清單，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然後将該結點從空閑結點連結清單中删除，并将該結點的空間配置設定給程式，另外，對于大多數系統，會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次配置設定的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正确的釋放本記憶體空間。另外，由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統會自動的将多餘的那部分重新放入空閑鍊中。 

2.3申請大小的限制 

棧：在windows下,棧是向低位址擴充的資料結構，是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位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确定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，将提示overflow。是以，能從棧獲得的空間較小。

堆：堆是向高位址擴充的資料結構，是不連續的記憶體區域。這是由于系統是用連結清單來存儲的空閑記憶體位址的，自然是不連續的，而連結清單的周遊方向是由低位址向高位址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛拟記憶體。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： 

棧由系統自動配置設定，速度較快。但程式員是無法控制的。 

堆是由new配置設定的記憶體，一般速度比較慢，而且容易産生記憶體碎片,不過用起來最友善. 另外，在windows下，最好的方式是用virtualalloc配置設定記憶體，他不是在堆，也不是在棧是直接在程序的位址空間中保留一快記憶體，雖然用起來最不友善。但是速度快，也最靈活。

2.5堆和棧中的存儲内容 

棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的位址，然後是函數的各個參數，在大多數的c編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變量。注意靜态變量是不入棧的。 

當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的位址，也就是主函數中的下一條指令，程式由該點繼續運作。 

堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體内容有程式員安排。

2.6存取效率的比較 

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaa是在運作時刻指派的； 

而bbbbbbbbbbb是在編譯時就确定的； 

但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字元串(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; 

對應的彙編代碼 

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元串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。 

2.7小結： 

堆和棧的差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，隻管點菜（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肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。