计算机中堆栈的概念

原文：计算机中堆栈的概念

在英文中，我们管栈称为stack，管堆称为heap。在计算机中，堆栈是两种不同的数据结构，但堆栈均为一种按序排列的数据结构。只能在一端对数据项进行插入和删除。其中的关键是，堆，的排列顺序是随意的，而栈，排列顺序是先进后出（First In Last Out）。

堆：为编译器自动的分配与释放，用来存放函数的参数值与局部变量。其操作方式类似于数据结构中的栈。栈使用的是一级缓存，通常都是在调用时候存储于存储空间中，在用完后由编译器自动的释放。

堆： 为编程人员分配与释放，如果在程序结束的时候没有释放，一般会被OS所回收，分配方式类似于链表。堆一般存储于二级缓存。

数据结构， 堆可以被看成一棵树。栈则是一种先进后出的数据结构。

在具体介绍之前，我们应该介绍一下在C或者C++语言中变量的存储区域。

1，栈区（stack）：这块区域由编译器分配与释放内存空间，一般存储函数的参数值与局部变量值。类似于数据结构中的栈。

2， 堆区（heap）：这块区域由程序员自己分配与释放，其余数据结构中的堆是两码事，分配方式类似于链表。

3，全局区（静态变量区）：这块存储区域用于存储全局变量（global）和静态变量（static），初始化的全局变量和静态变量存储于一块区域，未初始化的全局变量和静态变量存储于另一块区域。程序结束后系统自动释放。

4，文字常量区（静态缓冲区）：这块区域用于存储常量静态字符串，在前面文章我有提到过并且演示过，用于存放const char*类型的变量。在程序运行中，是不可能对其进行修改的，如果修改的话，程序将会报错并且crush，程序结束后由系统自动释放。

5，程序代码区：该区域用于存放函数体的二进制代码。

下面，我用一段程序来解释在什么地方存放各种变量。



上面的例子完全诠释了各种变量存储的地方在程序中。

我们在申请空间的时候要注意的问题：

1，对于stack，如果我们申请的空间小于所剩余的空间，则系统会为其分配空间，如果大了的话，则会导致stack overflow，程序则会crush。

2，对于heap。 在计算机中，有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到申请的时候，系统就会遍历这个链表，寻找第一个大于申请内存空间的地址。之后便将这段内存分配给申请，同时会将这个节点从空闲内存节点中删除。值得一提的是，相对于大多数系统，会在这段内存空间的首地址记录本次分配内存的大小，因为这样，程序中的delete语句才可以正确的释放内存空间。同时，所分配的内存空间并不一定等于所申请的内存空间，再分配后，系统会将多余的内存重新加入内存空闲地址区域。

申请时应该注意的问题：在windows操作系统下，stack是一段由高地址向低地址扩展的连续内存，换句话说，也就是栈顶地址和栈的内存空间是系统设置好的。在大多数windows os中，栈的空间是2M，所以所申请的空间如果超过所剩余的栈的内存空间时候，栈就会overflow，程序就会报错。因此，能从栈中获得的内存空间较小。

相对于堆，堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域，为什么呢？因为系统使用链表进行存储的，必然不是连续的。堆的内存空间是受计算机中虚拟内存大小所控制的，因此用堆的话，获得的空间比较大，也比较灵活。

现在我们来讨论一下栈和堆申请内存的tradeoff：

1， 用栈申请内存的时候，有系统分配，速度较快，但是程序员没法直接控制。

2， 用堆申请内存空间的时候，分配内存空间相对来说较慢，但大小和销亡程序员可以控制，相对来说比较灵活，但是有时候容易产生内存碎片。

因此，具体问题具体分析，希望大家以后再写程序的时候，根据自己需求按照这两种规则进行不同的分配。