預備知識—程序的內存分配

一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分

棧區(stack)— 由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似于數據結構中的棧。

堆區(heap) — 一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。

全局區(靜態區)(static)—，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域， 未初始化的全局變量、未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。 - 程序結束后有系統釋放

文字常量區 —常量字符串就是放在這里的。程序結束后由系統釋放

程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

一個正常的程序在內存中通常分為程序段、數據端、堆棧三部分。程序段里放著程序的機器碼、只讀數據，這個段通常是只讀，對它的寫操作是非法的。數據段放的是程序中的靜態數據。動態數據則通過堆棧來存放。

在內存中，它們的位置如下：

+------------------+ 內存低端

| 程序段 |

|------------------|

| 數據段 |

|------------------|

| 堆棧 |

+------------------+ 內存高端

堆棧是內存中的一個連續的塊。一個叫堆棧指針的寄存器(SP)指向堆棧的棧頂。堆棧的底部是一個固定地址。堆棧有一個特點就是，后進先出。也就是說，后放入的數據第一個取出。它支持兩個操作，PUSH和POP。PUSH是將數據放到棧的頂端，POP是將棧頂的數據取出。

在高級語言中，程序函數調用、函數中的臨時變量都用到堆棧。為什么呢?因為在調用一個函數時，我們需要對當前的操作進行保護，也為了函數執行后，程序可以正確的找到地方繼續執行，所以參數的傳遞和返回值也用到了堆棧。通常對局部變量的引用是通過給出它們對SP的偏移量來實現的。另外還有一個基址指針(FP，在Intel芯片中是BP)，許多編譯器實際上是用它來引用本地變量和參數的。通常，參數的相對FP的偏移是正的，局部變量是負的。

當程序中發生函數調用時，計算機做如下操作：首先把參數壓入堆棧;然后保存指令寄存器(IP)中的內容，做為返回地址(RET);第三個放入堆棧的是基址寄存器(FP);然后把當前的棧指針(SP)拷貝到FP，做為新的基地址;最后為本地變量留出一定空間，把SP減去適當的數值。

在函數體中定義的變量通常是在棧上，用malloc, calloc, realloc等分配內存的函數分配得到的就是在堆上。在所有函數體外定義的是全局量，加了static修飾符后不管在哪里都存放在全局區(靜態區)，在所有函數體外定義的static變量表示在該文件中有效，不能extern到別的文件用;在函數體內定義的static表示只在該函數體內有效。另外，函數中的"adgfdf"這樣的字符串存放在常量區。

對比：

1 性能

棧：棧存在于RAM中。棧是動態的，它的存儲速度是第二快的。stack

堆：堆位于RAM中，是一個通用的內存池。所有的對象都存儲在堆中。heap

2 申請方式

stack【?！? 由系統自動分配。 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【堆】: 需要程序員自己申請，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。

3 申請后系統的響應

?！緎tack】：只要棧的剩余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。

堆【heap】：首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序;另外，對于大多數系統，會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delete語句才能正確的釋放本內存空間。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，系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

4 申請大小的限制

?！緎tack】：在Windows下，棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。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余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

堆【heap】：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

5 申請效率的比較

?！緎tack】：由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

堆【heap】：是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片，不過用起來最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

6 堆和棧中的存儲內容

?！緎tack】：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中后的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址，然后是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然后是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。

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始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。

堆【heap】：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

7 存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的; 而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的; 但是，在以后的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(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;

}

對應的匯編代碼

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符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讀取字符，顯然慢了。

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里吃飯，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肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。