c++中的堆與棧
1 基本概念
也不知道是什麼原因，很多人總是把堆和棧混合一起，在寫程式時，總是經常脫口而出地說堆疊。網上的一些資料說堆疊的叫法是有歷史原因的，至於具體是什麼歷史原因，這不是本文所要討論的問題。
堆：在資料結構中，堆是一種滿足「堆性質」（至於什麼是堆性質可以查閱任何一本資料結構的書）的資料結構。然而，通常我們所指的堆都是指二叉堆，即一種使用陣列來模擬完全二叉樹的結構。
當然，也存在其它形式的堆，包括斐波拉契堆、二項堆、楊氏表等，想獲得有關這些特殊堆的性質可以查閱演算法導論。然而，在編譯器中，堆是乙個儲存區，通常用於動態分配儲存空間，一般堆具有不連續性（在下文中將講到堆的不連續性）。
棧：在資料結構中，棧是一種按照資料項先進後出的順序排列的資料結構，我們只能在棧頂來對棧中的資料項進行操作。然而在編譯器中，棧通常是用來為函式中的臨時變數分配儲存空間，通常棧空間的分配具有連續性。
2 相關知識
通常乙個由c++編譯的程式占用的記憶體分為以下五個部分（這些知識對理解下文至關重要，這些是對乙個基本的c++程式的儲存方式的認識）：
1）棧區（stack）
是由編譯器自動分配釋放，存放函式的引數值，區域性變數的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。
2）堆區（heap）
一般由程式設計師分配釋放，若程式設計師不釋放，程式結束時可能由作業系統**（如果**的不及時有可能會造成記憶體洩露）。堆空間的分配方式類似於資料結構中的鍊錶。
3）全域性區（靜態區）（static）
全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域，未初始化的全域性變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。在程式結束後由系統釋放。
4）文字常量區
用於存放常量資料，程式結束後由系統釋放。
5）程式**區
存放函式體的二進位制**。
3 堆和棧的區別
在it面試中，通常有人會問哪個變數是堆變數，哪個變數又是棧變數，作業系統中的棧是向上（從低位址向高位址的方向）申請空間還是向下申請空間等等問題。我想只要掌握了堆和棧的區別，以及它們的工作原理，這些問題都會迎刃而解。本節將分以下幾個方面來講述它們之間的差別。
3.1 儲存物件的不同
這個問題其實在第2節已經初步提到，在本小節中再次詳細說明一下，因為這對下文的理解至關重要。
3.1.1堆區的儲存物件
主要儲存動態申請的空間。在c++中，儲存「new出來」的物件，如下程式段
int *a;
a = new int;
*a = 1;
那麼，變數a儲存的值為1，1的儲存位址在堆區，即指標a所指向的那個物件的儲存位址是在堆區，但是要注意的是指標a本身所儲存的區域是在棧區（嘿嘿，暈乎了把，可以看以下例子）。
exp01:
#include
int main ()
exp01的輸出結果如下：
指標a所指向物件的位址(堆區位址)為：0x00371100
儲存指標a本身的位址(棧區位址)為：0x0012ff7c
3.1.2 棧區的儲存物件
主要儲存程式中的臨時變數，這些臨時變數包括函式的引數變數、函式內的臨時變數、指標變數（指的是指標本身）、陣列變數等。注意：全域性變數和靜態變數不在棧區，它們是放在全域性區。
3.2 儲存空間的分配方式
3.2.1 堆區的空間分配方式
堆區的空間分配是由程式管理，而不是由系統管理。堆空間通常是由程式動態申請的。通常作業系統中有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶，當系統收到程式的申請時，會遍歷該鍊錶，根據某種記憶體管理演算法，尋找乙個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點鍊錶中刪除，並將該結點的空間分配給程式。
對於這種申請方式，需要在程式中使用delete語句釋放空間，否則容易導致記憶體洩露。
堆空間的分配一般都是向高位址擴充套件，並且具有不連續性。這是由於系統是用鍊錶來管理空閒記憶體位址的，當然也就不連續了，而系統中煉表的遍歷方向通常是由低位址向高位址遍歷。我們可以通過以下例子可以看到，
exp02:
#include
int main ()
exp02的輸出結果：
0x00371100 0x00371138 0x00371170
由前文我們可以知道*a,*b,*c均為堆變數（注意指標本身為棧變數），再由輸出結果我們可以看到，a的位址小於b，b小於c，並且a,b,c之間的差不是4，而是差值較大，由此可以說明堆分配的特點是向高位址擴充套件的、不連續的。
3.2.2 棧區的空間分配方式
棧通常是由系統自動分配空間的。只要系統剩餘的空間大於程式所申請的空間，那麼空間申請操作一般都會成功，否則就會出現緩衝棧溢位的錯誤。windows系統中c++編譯器的棧區空間的分配有以下一些性質：
1） 在windows系統中，棧空間的分配是從高位址向低位址擴充套件的，並且棧空間的分配一般
具有連續性，棧頂的位址和棧的最大容量是由系統預先規定。可以通過以下例子來檢視這一性質。
exp03:
#include
int main ()
exp03的輸出結果為：
0x0012ff7c 0x0012ff78 0x0012ff74
顯然，a的位址大於b和c的位址，並且a,b,c的位址間隔均為4個位元組，這可以說明2個問題：1 棧空間的分配是由高位址向低位址擴充套件的；2 棧空間的分配一般具有連續性（即相鄰變數之間的位址是不間斷的，我做了多次實驗，均證實了這點，不過仍然不能代表正確，所以只能說一般具有連續性）。
2）c++中函式引數的空間分配
函式引數的位址分配是根據引數列表中，從左到右的方向來分配的。我們根據下面這個例子來分析：
exp04:
#include
int p(int a, int b, int *h)
int main ()
exp04的輸出結果為：
變數a的位址：0x0012ff7c
指標變數h的位址：0x0012ff78
0x0012ff14 0x0012ff18 0x0012ff1c 0x0012ff08 0x0012ff04
0x0012ff14 0x0012ff18 0x0012ff1c 0x0012ff08 0x0012ff04
0x00401028 0x0012ff74
堆變數位址：0x00371280 0x003712b8
由上面的輸出結果我們可以得到以下結論：
1）進一步證實棧區的分配位址方式是由高位址向低位址擴充套件（根據主函式中變數a的位址大於指標變數h的位址）；
2）函式引數變數的位址分配是由右向左的方式進行的（根據函式p中引數變數a的位址小於引數變數b的位址，引數變數b的位址小於指標引數變數h的位址，此處還發現了乙個現象就是：臨時變數c的位址比引數變數a的位址小了12個位元組，那麼編譯器需要這12個位元組是做什麼用的呢？莫非是用於儲存斷點等資訊，這些東西我們不得而知）；
3）函式指標儲存在另外乙個區域（由函式指標p的位址為0x00401028，我們可以知道，它並不是儲存在一般的棧區，因為根據輸出結果，棧區的位址一般都是0x0012ffxx左右，也不是儲存在一般的堆區，因為根據輸出結果，堆區的位址一般為0x003712xx左右，那到底編譯器是如何給函式指標分配空間的呢？是另外開一塊區域嗎？這些問題我們也不得而知，不過我個人認為函式指標仍然是儲存在乙個「特殊的棧區」，這一點下文會有乙個說明）；
5）乙個函式在呼叫結束後，所有的臨時變數都會由系統釋放，並且再次呼叫該函式時，仍然是從第一次呼叫的位址開始分配空間，這也說明了棧空間是由系統管理的，而不必程式設計師手工釋放（這一點可以由2次呼叫函式p的輸出結果一樣來說明）。
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