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13.5 栈(.stack)与堆(.heap)


13.5.1 栈

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自动被释放。栈内存分配运算内置于管理中心的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
栈区由编译器自动分配释放,存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等,其操作方式类似于数据结构中的栈。
如下例:

int a = 0; 		//.data段
char *p1; 		//.bss段
int main(void)
{
	int b; 		//.stack段
	char s[] = "abc";	//.stack段
	char *p2;	//.stack
	char *p3 = "123456"; //p3在.stack段,"123456"在.rodata段

	p1 = (char *)malloc(10);	//新分配的空间在.heap段
	p2 = (char *)malloc(20);
}

13.5.2 堆

一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收,分配方式类似于链表。
需要程序员自己申请,并指明大小,在 C 中 malloc 函数, C++ 中是 new 运算符。

p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(10);

但是注意 p1 、 p2 本身是在栈中的。

13.5.3 堆与栈的比较

申请后的系统响应

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。 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 free 语句才能正确的释放本内存空间。 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。

申请大小的限制

栈:栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。也就是说栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow,因此栈获得的空间较小。
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,堆获得空间比较灵活,也比较大。

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malloc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。