堆與棧的區別詳細總結

常見的數據結構:

數組,棧,隊列,鏈表,樹,圖,散列表(哈希表)

堆與棧的區別

堆:隊列優先,先進先出(FIFO—firstinfirstout)。
棧,先進後出(FILO—First-In/Last-Out)。
一般情況下,如果有人把堆棧合起來說,那它的意思是棧,可不是堆。

在這裏插入圖片描述
堆(數據結構):堆可以被看成是一棵樹,如:堆排序。

棧(數據結構):一種先進後出的數據結構。

堆棧 都是一種數據項按序排列的數據結構,只能在一端(稱爲棧頂(top))對數據項進行插入和刪除。在單片機應用中,堆棧是個特殊的存儲區,主要功能是暫時存放數據和地址,通常用來保護斷點和現場。

補充說明:棧內存和堆內存

程序的內存分配
1、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
操作方式類似於數據結構中的棧。
2、堆區(heap) — 一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,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,分配方式倒是類似於鏈表。
3、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和未初始化的靜態變量在相鄰的另
一塊區域。 - 程序結束後由系統釋放。
4、文字常量區 —常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放
5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

棧內存:棧內存首先是一片內存區域,存儲的都是局部變量,凡是定義在方法中的都是局部變量(方法外的是全局變量),for循環內部定義的也是局部變量,是先加載函數才能進行局部變量的定義,所以方法先進棧,然後再定義變量,變量有自己的作用域,一旦離開作用域,變量就會被釋放。棧內存的更新速度很快,因爲局部變量的生命週期都很短。
堆內存:存儲的是數組和對象(其實數組就是對象),凡是new建立的都是在堆中,堆中存放的都是實體(對象),實體用於封裝數據,而且是封裝多個(實體的多個屬性),如果一個數據消失,這個實體也沒有消失,還可以用,所以堆是不會隨時釋放的,但是棧不一樣,棧裏存放的都是單個變量,變量被釋放了,那就沒有了。堆裏的實體雖然不會被釋放,但是會被當成垃圾,Java有垃圾回收機制不定時的收取。

區別

    1.棧內存存儲的是局部變量而堆內存存儲的是實體;

    2.棧內存的更新速度要快於堆內存,因爲局部變量的生命週期很短;

    3.棧內存存放的變量生命週期一旦結束就會被釋放,而堆內存存放的實體會被垃圾回收機制不定時的回收。

舉例
比如主函數裏的語句 int [] arr=new int [3];在內存中是怎麼被定義的:

過程:主函數先進棧,在棧中定義一個變量arr,接下來爲arr賦值,但是右邊不是一個具體值,是一個實體。實體創建在堆裏,在堆裏首先通過new關鍵字開闢一個空間,內存在存儲數據的時候都是通過地址來體現的,地址是一塊連續的二進制,然後給這個實體分配一個內存地址。數組都是有一個索引,數組這個實體在堆內存中產生之後每一個空間都會進行默認的初始化(這是堆內存的特點,未初始化的數據是不能用的,但在堆裏是可以用的,因爲初始化過了,但是在棧裏沒有),不同的類型初始化的值不一樣。所以堆和棧裏就創建了變量和實體:

在這裏插入圖片描述
那麼堆和棧是怎麼聯繫起來的呢?

我們剛剛說過給堆分配了一個地址,把堆的地址賦給arr,arr就通過地址指向了數組。所以arr想操縱數組時,就通過地址,而不是直接把實體都賦給它。這種我們不再叫他基本數據類型,而叫引用數據類型。稱爲arr引用了堆內存當中的實體。(可以理解爲c或c++的指針,Java成長自c++和c++很像,優化了c++)

在這裏插入圖片描述

堆和棧的相同點:

都可以做內存,都是一種數據結構。

不同點:

(1)申請方式不同
棧是由系統自動分配,而堆是人爲申請開闢的。
(  棧(操作系統):由操作系統自動分配釋放,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。

堆(操作系統):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,分配方式倒是類似於鏈表)
(2)申請的大小的不同
棧的空間比較小,而堆獲得的空間比較大
一般來講在32位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的棧空間大小是1M。
(3)申請的效率不同
棧由系統自動的分配,速度快,而堆一般速度比較慢。
棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很複雜的,例如爲了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(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,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
(4)存儲內容不同
棧在函數調用時,函數調用語句的下一條語句的地址第一個進棧,然後函數的各個參數進棧,其中靜態變量是不入棧的。而堆一般是在頭部用一個字節堆的大小,堆中具體的內容是人爲安排的
(5)底層不同
棧是連續的空間,而堆是不連續的空間。
(6)碎片問題
碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會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。對於棧來講,則不會存在這個問題,因爲棧是先進後出的隊列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考數據結構,這裏我們就不再一一討論了。
(6)分配方式
堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。

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