简述堆和栈的区别和联系

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　　作为一个小白的你来说，堆和栈的概念是不是总感觉很朦胧？他们认识你，而你只是偶尔见过，并没有深交。本文就此为题，请听笔者简述堆和栈的区别和联系。

　　堆和栈的区别和联系：

　　在计算机领域，堆栈是一个不容忽视的概念，堆栈是两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端（称为栈顶（top））对数据项进行插入和删除。在单片机应用中，堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。

　　堆和栈的要点：

　　堆，队列优先，先进先出（FIFO—first in first out）。

　　栈，先进后出（FILO—First-In/Last-Out）。

　　一般情况下，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆。

　　堆和栈的对比分析：

　　1、堆栈空间分配

　　栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

　　堆（操作系统）： 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，分配方式倒是类似于链表

　　2、堆栈缓存方式

　　栈使用的是一级缓存， 他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。

　　堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

　　3、堆栈数据结构区别

　　堆（数据结构）：堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。

　　栈（数据结构）：一种先进后出的数据结构。

　　例如：

　　顺序栈AStack的类定义

1. 01template < class T >
2. 02class AStack {
3. 03private:
4. 04int size ; // 数组的规模
5. 05T * stackArray ; // 存放堆栈元素的数组
6. 06int top ; // 栈顶所在数组元素的下标
7. 07public:
8. 08AStack ( int MaxStackSize ) // 构造函数
9. 09{ size = MaxStackSize ; stackArray = new T [MaxStackSize] ; top = -1 ; }
10. 10~AStack ( ) { delete [ ] stackArray ; } // 析构函数
11. 11bool Push ( const T& item ) ; // 向栈顶压入一个元素
12. 12bool Pop ( T & item ) ; // 从栈顶弹出一个元素
13. 13bool Peek ( T & item ) const ; // 存取栈顶元素
14. 14int IsEmpty ( void ) const { return top = = -1 ; }
15. 15// 检测栈是否为空
16. 16int IsFull ( void ) const { return top   size-1 ; }
17. 17// 检测栈是否为满
18. 18void clear ( void ) { top-1 ; } // 清空栈
19. 19} ;

复制代码

template < class T > class AStack { private: int size ; // 数组的规模 T * stackArray ; // 存放堆栈元素的数组 int top ; // 栈顶所在数组元素的下标 public: AStack ( int MaxStackSize ) // 构造函数 { size = MaxStackSize ; stackArray = new T [MaxStackSize] ; top = -1 ; } ~AStack ( ) { delete [ ] stackArray ; } // 析构函数 bool Push ( const T& item ) ; // 向栈顶压入一个元素 bool Pop ( T & item ) ; // 从栈顶弹出一个元素 bool Peek ( T & item ) const ; // 存取栈顶元素 int IsEmpty ( void ) const { return top = = -1 ; } // 检测栈是否为空 int IsFull ( void ) const { return top   size-1 ; } // 检测栈是否为满 void clear ( void ) { top-1 ; } // 清空栈 } ;

　　举个栗子：

1. 01void f() { int* p=new int[5]; }

复制代码

void f() { int* p=new int[5]; }

　　这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在 栈 内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：

　　00401028 push 14h

　　0040102A call operator new (00401060)

　　0040102F add esp,4

　　00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax

　　00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]

　　00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

　　这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是deletep么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。

　　好了，我们回到我们的主题：堆和栈的区别在哪？笔者为此做出鄙陋总结。

　　主要的区别由以下几点：

　　1、管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。

　　2、空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：

　　3、打开工程，依次操作菜单如下：Project-》Setting-》Link，在Category中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。

　　注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

　　4、碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

　　5、生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

　　6、分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

　　7、分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

　　从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆 。

　　虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。

　　上文便是关于堆和栈的区别简述，不管是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果，就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的。

{else}{end if}