数据结构（栈&堆 ）

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。
        要点：堆，列队优先，先进先出。栈，先进后出(First-In/Last-Out)。

数据结构的栈和堆

首先在数据结构上要知道堆栈，尽管我们这么称呼它，但实际上堆栈是两种数据结构：堆和栈。

堆和栈都是一种数据项按序排列的数据结构。

栈就像装数据的桶或箱子，它是一种具有后进先出性质的数据结构。

这就如同我们要取出放在箱子里面底下的东西（放入的比较早的物体），我们首先要移开压在它上面的物体（放入的比较晚的物体）。

堆像一棵倒过来的树，堆是一种经过排序的树形数据结构，每个结点都有一个值。

通常我们所说的堆的数据结构，是指二叉堆（完全树）堆的特点是根结点的值最小（或最大），且根结点的两个子树也是一个堆。由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意，这就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书。

内存分配中的栈和堆

堆区和栈区

他们只是对象在内存中分配的两种方式，无论采用何种编程语言，堆和栈的作用都是不变的。

Cbook book;                                 //在栈中分配

Cbook book=new Cbook();           //在堆中分配

下面就说说C语言程序内存分配中的堆和栈，这里有必要把内存分配也提一下，一般情况下程序存放在Rom或Flash中，运行时需要拷到内存中执行，内存会分别存储不同的信息。

内存分区

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 ：

1、栈区(stack)，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。

操作方式类似于数据结构中的栈。栈使用的是一级缓存(存取速度快)，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

2、堆区(heap) ，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。

堆区与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。  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、全局区（静态区static）全局变量和静态变量的存储是放在这一块的，

初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

4、文字常量区，常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放

5、程序代码区，存放函数体的二进制代码。

内存申请方式

stack: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int
b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = new char[10];//(char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。

1.申请后系统的响应

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，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语句才能正确的释放本内存空间。另外，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。

也就是说堆会在申请后还要做一些后续的工作这就会引出申请效率的问题。

2.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new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。

3.申请大小的限制

栈：在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在
WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

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，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

4.堆和栈中的存储内容

由于栈的大小有限，所以用子函数还是有物理意义的，而不仅仅是逻辑意义。

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

5.存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";

aaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；放在栈中。 而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；放在堆中。

但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。

补充：

堆栈是一种存储部件，即数据的写入跟读出不需要提供地址，而是根据写入的顺序决定读出的顺序。

形象来说

栈就是一条流水线，而流水线中加工的就是方法的主要程序，在分配栈时，由于程序是自上而下顺序执行，就将程序指令一条一条压入栈中，就像流水线一样。

而堆上站着的就是工作人员，他们加工流水线中的商品，由程序员分配：何时加工，如何加工。

而我们通常使用new运算符为对象在堆上分配内存（C#,Java），堆上寻找对象的任务交给句柄，而栈中由栈指针管理