堆与栈（heap and stack）在c/c++的应用(概念)

在学习c/c++时，我们经常会遇到 堆与栈 的问题，今天就来讲一下各类情况下的heap,stack的应用。

程序内存布局场景下，堆与栈表示两种内存管理方式：

1.内部分配时，堆和栈表示两种不同的内存管理方式。

2.在讨论数据结构时候，堆和栈表示两种不同的数据结构。

1.内存分配情况下：

a. 堆:

栈由操作系统自动分配释放 ，用于存放函数的参数值、局部变量等，其操作方式类似于数据结构中的栈.

int main()

{

int b;   //栈

char s[] = "abc"; //栈

char *p2; //栈

}

其中函数中定义的局部变量按照先后定义的顺序依次压入栈中，也就是说相邻变量的地址之间不会存在其它变量。

栈的内存地址生长方向与堆相反，由高到底，所以后定义的变量地址低于先定义的变量，比如上面代码中变量 s 的地址小于变量 b 的地址，p2 地址小于 s 的地址。

栈中存储的数据的生命周期随着函数的执行完成而结束。

b.堆：

堆由开发人员分配和释放， 若开发人员不释放，程序结束时由 OS 回收，分配方式类似于链表。堆中存储的数据若未释放，则其生命周期等同于程序的生命周期。

堆的内存地址生长方向与栈相反，由低到高，但是顺序不一定固定因为开发者可能释放掉了之前分配的内存，导致后分配的内存直接占用了已经被释放的旧内存。

关于堆上内存空间的分配过程，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节点，然后将该节点从空闲节点链表中删除，并将该节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语句才能正确地释放本内存空间。由于找到的堆节点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动地将多余的那部分重新放入空闲链表。

c.总结：

1.栈由系统管理，所以不用担心管理的问题。堆的管理由程序员负责，容易产生内存泄漏等隐患。

2.每个进程拥有的栈的大小要远远小于堆的大小。理论上，程序员可申请的堆大小为虚拟内存的大小，进程栈的大小 64bits 的 Windows 默认 1MB，64bits 的 Linux 默认 10MB；

3.堆的生长方向向上，内存地址由低到高；栈的生长方向向下，内存地址由高到低。

4.堆只能动态分配。栈可以静态分配和动态，静态分配是由操作系统完成的，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，它的动态分配是由操作系统进行释放。

5.分配效率不同。栈由操作系统自动分配，会在硬件层级对栈提供支持，效率明显更高。堆则是由C/C++提供的库函数或运算符来完成申请与管理，实现机制较为复杂，频繁的内存申请容易产生内存碎片。显然，堆的效率比栈要低得多。

6.存放内容不同。栈存放的内容，函数返回地址、相关参数、局部变量和寄存器内容等。堆，一般情况堆顶使用一个字节的空间来存放堆的大小，而堆中具体存放内容是由程序员来填充的。

7.栈不是很灵活，所以很多操作仍然要仰仗堆，比如说分配大量的内存空间。

2.数据结构情况下：

a.栈:

栈是一种运算受限的线性表.其限制是指只仅允许在表的一端进行插入和删除操作,这种受限的运算使栈拥有“先进后出”的特性.

栈分顺序栈和链式栈两种。栈是一种线性结构，所以可以使用数组或链表（单向链表、双向链表或循环链表）作为底层数据结构。

使用数组实现的栈叫做顺序栈，使用链表实现的栈叫做链式栈，二者的区别是顺序栈中的元素地址连续，链式栈中的元素地址不连续。

b.堆：

堆是一种常用的树形结构，是一种特殊的完全二叉树，当且仅当满足所有节点的值总是不大于或不小于其父节点的值的完全二叉树被称之为堆。

堆的这一特性称之为堆序性。堆的左右孩子没有大小的顺序。

引用：

https://blog.csdn.net/K346K346/article/details/80849966

https://www.cnblogs.com/mysticCoder/p/4921724.html

https://www.cnblogs.com/jiudianren/p/5671992.html