請問棧和堆究竟有何區(qū)別?
棧,在執(zhí)行函數(shù)時,函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。
堆,就是那些由new分配的內(nèi)存塊,他們的釋放編譯器不去管,由我們的應用程序去控制,一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉,那么在程序結(jié)束后,操作系統(tǒng)會自動回收。
堆和棧主要的區(qū)別有以下幾點:
1、管理方式不同;
2、空間大小不同;
3、能否產(chǎn)生碎片不同;
4、生長方向不同;
5、分配方式不同;
6、分配效率不同;
管理方式:對于棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對于堆來說,釋放工作由程序員控制,容易產(chǎn)生memory leak。
空間大小:一般來講在32位系統(tǒng)下,堆內(nèi)存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的棧空間大小是1M(好像是,記不清楚了)。當然,我們可以修改:
打開工程,依次操作菜單如下:Project->Setting->Link,在Category 中選中Output,然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。
注意:reserve最小值為4Byte;commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面,它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值,可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。
碎片問題:對于堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù),從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對于棧來講,則不會存在這個問題,因為棧是先進后出的隊列,他們是如此的一一對應,以至于永遠都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的后進的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出,詳細的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這里我們就不再一一討論了。
生長方向:對于堆來講,生長方向是向上的,也就是向著內(nèi)存地址增加的方向;對于棧來講,它的生長方向是向下的,是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。
分配方式:堆都是動態(tài)分配的,沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式:靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的,比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進行分配,但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的,他的動態(tài)分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現(xiàn)。
分配效率:棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的,它的機制是很復雜的,例如為了分配一塊內(nèi)存,庫函數(shù)會按照一定的算法(具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng))在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內(nèi)存碎片太多),就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內(nèi)存,然后進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。
從這里我們可以看到,堆和棧相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的內(nèi)存碎片;由于沒有專門的系統(tǒng)支持,效率很低;由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換,內(nèi)存的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成,函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù),返回地址,EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以,我們推薦大家盡量用棧,而不是用堆。
雖然棧有如此眾多的好處,但是由于和堆相比不是那么靈活,有時候分配大量的內(nèi)存空間,還是用堆好一些。
無論是堆還是棧,都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生(除非你是故意使其越界),因為越界的結(jié)果要么是程序崩潰,要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu),產(chǎn)生以想不到的結(jié)果,就算是在你的程序運行過程中,沒有發(fā)生上面的問題,你還是要小心,說不定什么時候就崩掉,那時候debug可是相當困難的。