C語言中堆和棧的區別
[日期：2012-04-05] 來源：Linux社區 作者：tigerjb
一.前言：
C語言程序經過編譯連接後形成編譯、連接後形成的二進制映像文件由棧，堆，數據段（由三部分部分組成：只讀數據段，已經初始化讀寫數據段，未初始化數據段即BBS）和代碼段組成，如上圖所示：
1.棧區(stack):由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量等值。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，則可能會引起內存泄漏。注堆和數據結構中的堆棧不一樣，其類是與鏈表。
3.程序代碼區：存放函數體的二進制代碼。
4.數據段：由三部分組成：
1>只讀數據段：
只讀數據段是程序使用的一些不會被更改的數據，使用這些數據的方式類似查表式的操作，由於這些變量不需要更改，因此只需要放置在只讀存儲器中即可。一般是const修飾的變量以及程序中使用的文字常量一般會存放在只讀數據段中。
2>已初始化的讀寫數據段：
已初始化數據是在程序中聲明，並且具有初值的變量，這些變量需要佔用存儲器的空間，在程序執行時它們需要位於可讀寫的內存區域內，並且有初值，以供程序運行時讀寫。在程序中一般爲已經初始化的全局變量，已經初始化的靜態局部變量(static修飾的已經初始化的變量)
3>未初始化段（BSS）：
未初始化數據是在程序中聲明，但是沒有初始化的變量，這些變量在程序運行之前不需要佔用存儲器的空間。與讀寫數據段類似，它也屬於靜態數據區。但是該段中數據沒有經過初始化。未初始化數據段只有在運行的初始化階段纔會產生，因此它的大小不會影響目標文件的大小。在程序中一般是沒有初始化的全局變量和沒有初始化的靜態局部變量
二.堆和棧的區別
1.申請方式
(1)棧（satck）:由系統自動分配。例如，聲明在函數中一個局部變量int b;系統自動在棧中爲b開闢空間。
(2)堆（heap）:需程序員自己申請（調用malloc,realloc,calloc）,並指明大小，並由程序員進行釋放。容易產生memory leak.
eg:char p;
p = (char *)malloc(sizeof(char));
但是，p本身是在棧中。
2.申請大小的限制
（1）棧：在windows下棧是向底地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存區域(它的生長方向與內存的生長方向相反)。棧的大小是固定的。如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。
（2）堆：堆是高地址擴展的數據結構（它的生長方向與內存的生長方向相同），是不連續的內存區域。這是由於系統使用鏈表來存儲空閒內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由底地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。
3.系統響應：
（1）棧：只要棧的空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。
（2）堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，但系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，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free語句才能正確的釋放本內存空間。另外，找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。
說明：對於堆來講，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，
4.申請效率
（1）棧由系統自動分配，速度快。但程序員是無法控制的
（2）堆是由malloc分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生碎片，不過用起來最方便。
5.堆和棧中的存儲內容
（1）棧：在函數調用時，第一個進棧的主函數中後的下一條語句的地址，然後是函數的各個參數，參數是從右往左入棧的，然後是函數中的局部變量。注：靜態變量是不入棧的。
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地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續執行。
（2）堆：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。
6.存取效率
（1）堆：char *s1=”hellow tigerjibo”;是在編譯是就確定的
（2）棧：char s1[]=”hellow tigerjibo”;是在運行時賦值的；用數組比用指針速度更快一些，指針在底層彙編中需要用edx寄存器中轉一下，而數組在棧上讀取。
補充：
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。
7.分配方式：
（1）堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。
（2）棧有兩種分配方式：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。它的動態分配是由編譯器進行釋放，無需手工實現。
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