c语言堆和栈的区别

Python013

c语言堆和栈的区别,第1张

内存分配中的堆和栈

在 C 语言中,内存分配方式不外乎有如下三种形式:

从静态存储区域分配:它是由编译器自动分配和释放的,即内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在,直到整个程序运行结束时才被释放,如全局变量与 static 变量。

在栈上分配:它同样也是由编译器自动分配和释放的,即在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元将被自动释放。需要注意的是,栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,它的运行效率一般很高,但是分配的内存容量有限。

从堆上分配:也被称为动态内存分配,它是由程序员手动完成申请和释放的。即程序在运行的时候由程序员使用内存分配函数(如 malloc 函数)来申请任意多少的内存,使用完之后再由程序员自己负责使用内存释放函数(如 free 函数)来释放内存。也就是说,动态内存的整个生存期是由程序员自己决定的,使用非常灵活。需要注意的是,如果在堆上分配了内存空间,就必须及时释放它,否则将会导致运行的程序出现内存泄漏等错误。

数据结构的堆和栈

在数据结构中,栈是一种可以实现“先进后出”(或者称为“后进先出”)的存储结构。假设给定栈 S=(a0,a1,…,an-1),则称 a0 为栈底,an-1 为栈顶。进栈则按照 a0,a1,…,an-1 的顺序进行进栈;而出栈的顺序则需要反过来,按照“后存放的先取,先存放的后取”的原则进行,则 an-1 先退出栈,然后 an-2 才能够退出,最后再退出 a0。

在实际编程中,可以通过两种方式来实现:使用数组的形式来实现栈,这种栈也称为静态栈;使用链表的形式来实现栈,这种栈也称为动态栈。

相对于栈的“先进后出”特性,堆则是一种经过排序的树形数据结构,常用来实现优先队列等。假设有一个集合 K={k0,k1,…,kn-1},把它的所有元素按完全二叉树的顺序存放在一个数组中,并且满足:

则称这个集合 K 为最小堆(或者最大堆)。

由此可见,堆是一种特殊的完全二叉树。其中,节点是从左到右填满的,并且最后一层的树叶都在最左边(即如果一个节点没有左儿子,那么它一定没有右儿子);每个节点的值都小于(或者都大于)其子节点的值。

(1)申请方式

stack:

由系统自动分配。例如,声明在函数中一个局部变量 int a系统自动在栈中为a开辟空间

heap:

需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数

如m1 = (char *)malloc(10)

在C++中用new运算符

如m2 = (char *)malloc(10)

注意:m1、m2本身是在栈中的。

(2)申请后系统的响应

栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

堆: 首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲 结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

(3)申请大小的限制及生长方向

栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是2M(也可能是1M,它是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小 。

堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

(4)申请效率的比较:

栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

堆是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.

另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活。

(5)堆和栈中的存储内容

栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。

堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

1、计算机中的内存分为两部分:一部分是栈(stack,也称堆栈),另一部分是堆(heap)。

2、 栈,可以看作是一摞卡片,最上面的卡片表示程序的当前作用域,这往往就是当前正在执行的函数。

3、堆,一段完全独立于当前函数或者栈帧的内存区。如果一个函数中声明了一些变量,而且希望当这个函数完成时其中声明的变量仍然存在,就可以将这些变量置于堆中。

补充说明:

1、  堆和栈相比,没那么清晰的结构性。可以把堆可作是一“堆”小玩艺。程序可以在任何时间向这个“堆”增加新的东西,或者修改堆中已有的东西。

2、堆栈是一种执行“后进先出”算法的数据结构。 设想有一个直径不大、一端开口一端封闭的竹筒。有若干个写有编号的小球,小球的直径比竹筒的直径略小。现在把不同编号的小球放到竹筒里面,可以发现一种规律:先放进去的小球只能后拿出来,反之,后放进去的小球能够先拿出来。