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【转帖】stack与heap的不同之处

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2007-05-14, 03:09 PM	#1
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	【转帖】stack与heap的不同之处 1.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 = (char )malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。 2 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。 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.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. 另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。 5.堆和栈中的存储内容栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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。 6.存取效率的比较 char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; char s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；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。比如： #include void main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return; } 堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

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2007-05-14, 03:09 PM	#2
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处 stack是把推进栈里的元素按照先进后出的顺序逐一的弹出,而heap是允许用户以任何次序将任何元素推入容器内,但取出时一定是从优先级最高的元素开始取.有max-heap和min-heap两种.max-heap首先取出的是推入容器中的最大的元素,min-heap首先取出的是推入容器中的最小的元素.

2007-05-14, 03:09 PM	#3
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处使用动态内存分配而得到的空间是在heap中分配的，而自动变量(局部非静态变量）则是在stack上分配的，如果你需要返回一个可用的指针，则使用new或者malloc等函数分配内存。动态分配的内存必须明确地释放，否则会造成内存泄漏。

2007-05-14, 03:10 PM	#4
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处局部变量存放在stack中，块结束时释放; 动态申请的内存放在heap中，要由手工释放

2007-05-14, 03:10 PM	#5
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处 stack 从高地址往低地址分配; heap 相反; 你在程序里new或alloc一个对象就是从heap分配的, 而你调用函数时的参数是利用stack来存储的（压入栈）, 简单的说，堆用来分配对象空间，栈用来保存函数调用现场

2007-05-14, 03:11 PM	#6
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处再说白了，没有堆你就不能给程序分配内存；没有栈你就不能调用函数

2007-05-14, 03:11 PM	#7
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处先看以下汇编，就知道stack了，再看以下C++的new/delete就知道heap了。栈在汇编代码中表示成PUSH POP，用的是ESS段，SP寄存器; 而堆不是，是在内存中读写，EDS段

2007-05-14, 03:11 PM	#8
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处 C++包括两种被应用程序管理的内存区域:一种称为栈(stack),另一种称为堆(heap)。 stack是函数被调用时自动分配的一块内存区域，它主要用于保留函数内使用的变量及函数调用位置处下一条代码的地址。 stack是后进先出，一个可变的指针指向stack的顶部。本质上，当一个函数被程序调用时，当前的执行地址被放入stack,如果有参数传递到函数内，这些参数也被压入stack,如果函数内有变量，它们也被压入stack,如果函数执行时调用另一个函数，重复上面的过程。当从函数返回时，stack指针指向存放先前执行地址的位置，也就是说，stack空间内分配的元素已被删除。这就是为什么函数内的变量此时无效，因为它们已经被推出了stack,另外要注意的是，声明一个静态变量，它没有进入stack中。另一种由应用程序管理的内存区域是堆(heap),heap是储存应用程序的内存分配需求，并且分离于程序代码和stack,heap中分配的对象的总的空间受限于计算机系统中有效的虚拟内存。 C程序通常使用malloc和free分配和回收heap内存，在C++中，使用new和delete.

2007-05-14, 03:12 PM	#9
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处如果一个变量在stack上被创建，当程序运行到包含这个变量定义的最小的{}对的左“}”0时，变量就会被清除。而在heap上创建的变量，只有显式调用delete或者当程序运行结束时才被清除。另外，一个线程不能访问另一个线程的stack。而heap是进程中所有线程共享的。

2007-05-14, 03:12 PM	#10
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处什么是堆？（如果您已经知道什么是堆，可以跳到“什么是常见的堆性能问题？”部分）在程序中，使用堆来动态分配和释放对象。在下列情况下，调用堆操作：事先不知道程序所需对象的数量和大小。对象太大而不适合堆栈分配程序。堆使用了在运行时分配给代码和堆栈的内存之外的部分内存。下图给出了堆分配程序的不同层。 http://www.microsoft.com/china/msdn...mages/heap3.gif GlobalAlloc/GlobalFree：Microsoft Win32 堆调用，这些调用直接与每个进程的默认堆进行对话。 LocalAlloc/LocalFree：Win32 堆调用（为了与 Microsoft Windows NT 兼容），这些调用直接与每个进程的默认堆进行对话。 COM 的 IMalloc 分配程序（或 CoTaskMemAlloc / CoTaskMemFree）：函数使用每个进程的默认堆。自动化程序使用“组件对象模型 (COM)”的分配程序，而申请的程序使用每个进程堆。 C/C++ 运行时 (CRT) 分配程序：提供了 malloc() 和 free() 以及 new 和 delete 操作符。如 Microsoft Visual Basic 和 Java 等语言也提供了新的操作符并使用垃圾收集来代替堆。CRT 创建自己的私有堆，驻留在 Win32 堆的顶部。 Windows NT 中，Win32 堆是 Windows NT 运行时分配程序周围的薄层。所有 API 转发它们的请求给 NTDLL。 Windows NT 运行时分配程序提供 Windows NT 内的核心堆分配程序。它由具有128 个大小从 8 到 1,024 字节的空闲列表的前端分配程序组成。后端分配程序使用虚拟内存来保留和提交页。在图表的底部是“虚拟内存分配程序”，操作系统使用它来保留和提交页。所有分配程序使用虚拟内存进行数据的存取。分配和释放块不就那么简单吗？为何花费这么长时间？堆实现的注意事项传统上，操作系统和运行时库是与堆的实现共存的。在一个进程的开始，操作系统创建一个默认堆，叫做“进程堆”。如果没有其他堆可使用，则块的分配使用“进程堆”。语言运行时也能在进程内创建单独的堆。（例如，C 运行时创建它自己的堆。）除这些专用的堆外，应用程序或许多已载入的动态链接库 (DLL) 之一可以创建和使用单独的堆。Win32 提供一整套 API 来创建和使用私有堆。有关堆函数（英文）的详尽指导，请参见 MSDN。当应用程序或 DLL 创建私有堆时，这些堆存在于进程空间，并且在进程内是可访问的。从给定堆分配的数据将在同一个堆上释放。（不能从一个堆分配而在另一个堆释放。）在所有虚拟内存系统中，堆驻留在操作系统的“虚拟内存管理器”的顶部。语言运行时堆也驻留在虚拟内存顶部。某些情况下，这些堆是操作系统堆中的层，而语言运行时堆则通过大块的分配来执行自己的内存管理。不使用操作系统堆，而使用虚拟内存函数更利于堆的分配和块的使用。典型的堆实现由前、后端分配程序组成。前端分配程序维持固定大小块的空闲列表。对于一次分配调用，堆尝试从前端列表找到一个自由块。如果失败，堆被迫从后端（保留和提交虚拟内存）分配一个大块来满足请求。通用的实现有每块分配的开销，这将耗费执行周期，也减少了可使用的存储空间。

2007-05-14, 03:12 PM	#11
yogy 高级会员注册日期: 06-11 帖子: 1527 精华: 15 现金: 6353 标准币资产: 6353 标准币	回复: 【转帖】stack与heap的不同之处什么是常见的堆性能问题？以下是您使用堆时会遇到的最常见问题：分配操作造成的速度减慢。光分配就耗费很长时间。最可能导致运行速度减慢原因是空闲列表没有块，所以运行时分配程序代码会耗费周期寻找较大的空闲块，或从后端分配程序分配新块。释放操作造成的速度减慢。释放操作耗费较多周期，主要是启用了收集操作。收集期间，每个释放操作“查找”它的相邻块，取出它们并构造成较大块，然后再把此较大块插入空闲列表。在查找期间，内存可能会随机碰到，从而导致高速缓存不能命中，性能降低。堆竞争造成的速度减慢。当两个或多个线程同时访问数据，而且一个线程继续进行之前必须等待另一个线程完成时就发生竞争。竞争总是导致麻烦；这也是目前多处理器系统遇到的最大问题。当大量使用内存块的应用程序或 DLL 以多线程方式运行（或运行于多处理器系统上）时将导致速度减慢。单一锁定的使用—常用的解决方案—意味着使用堆的所有操作是序列化的。当等待锁定时序列化会引起线程切换上下文。可以想象交叉路口闪烁的红灯处走走停停导致的速度减慢。竞争通常会导致线程和进程的上下文切换。上下文切换的开销是很大的，但开销更大的是数据从处理器高速缓存中丢失，以及后来线程复活时的数据重建。堆破坏造成的速度减慢。造成堆破坏的原因是应用程序对堆块的不正确使用。通常情形包括释放已释放的堆块或使用已释放的堆块，以及块的越界重写等明显问题。（破坏不在本文讨论范围之内。有关内存重写和泄漏等其他细节，请参见 Microsoft Visual C++(R) 调试文档。）频繁的分配和重分配造成的速度减慢。这是使用脚本语言时非常普遍的现象。如字符串被反复分配，随重分配增长和释放。不要这样做，如果可能，尽量分配大字符串和使用缓冲区。另一种方法就是尽量少用连接操作。竞争是在分配和释放操作中导致速度减慢的问题。理想情况下，希望使用没有竞争和快速分配/释放的堆。可惜，现在还没有这样的通用堆，也许将来会有。在所有的服务器系统中（如 IIS、MSProxy、DatabaseStacks、网络服务器、 Exchange 和其他）, 堆锁定实在是个大瓶颈。处理器数越多，竞争就越会恶化。尽量减少堆的使用现在您明白使用堆时存在的问题了，难道您不想拥有能解决这些问题的超级魔棒吗？我可希望有。但没有魔法能使堆运行加快—因此不要期望在产品出货之前的最后一星期能够大为改观。如果提前规划堆策略，情况将会大大好转。调整使用堆的方法，减少对堆的操作是提高性能的良方。如何减少使用堆操作？通过利用数据结构内的位置可减少堆操作的次数。请考虑下列实例： struct ObjectA { // objectA 的数据 } struct ObjectB { // objectB 的数据 } // 同时使用 objectA 和 objectB // // 使用指针 // struct ObjectB { struct ObjectA * pObjA; // objectB 的数据 } // // 使用嵌入 // struct ObjectB { struct ObjectA pObjA; // objectB 的数据 } // // 集合 – 在另一对象内使用 objectA 和 objectB // struct ObjectX { struct ObjectA objA; struct ObjectB objB; } 避免使用指针关联两个数据结构。如果使用指针关联两个数据结构，前面实例中的对象 A 和 B 将被分别分配和释放。这会增加额外开销—我们要避免这种做法。把带指针的子对象嵌入父对象。当对象中有指针时，则意味着对象中有动态元素（百分之八十）和没有引用的新位置。嵌入增加了位置从而减少了进一步分配/释放的需求。这将提高应用程序的性能。合并小对象形成大对象（聚合）。聚合减少分配和释放的块的数量。如果有几个开发者，各自开发设计的不同部分，则最终会有许多小对象需要合并。集成的挑战就是要找到正确的聚合边界。内联缓冲区能够满足百分之八十的需要（aka 80-20 规则）。个别情况下，需要内存缓冲区来保存字符串/二进制数据，但事先不知道总字节数。估计并内联一个大小能满足百分之八十需要的缓冲区。对剩余的百分之二十，可以分配一个新的缓冲区和指向这个缓冲区的指针。这样，就减少分配和释放调用并增加数据的位置空间，从根本上提高代码的性能。在块中分配对象（块化）。块化是以组的方式一次分配多个对象的方法。如果对列表的项连续跟踪，例如对一个 {名称，值} 对的列表，有两种选择：选择一是为每一个“名称-值”对分配一个节点；选择二是分配一个能容纳（如五个）“名称-值”对的结构。例如，一般情况下，如果存储四对，就可减少节点的数量，如果需要额外的空间数量，则使用附加的链表指针。块化是友好的处理器高速缓存，特别是对于 L1-高速缓存，因为它提供了增加的位置 —不用说对于块分配，很多数据块会在同一个虚拟页中。正确使用 _amblksiz。C 运行时 (CRT) 有它的自定义前端分配程序，该分配程序从后端（Win32 堆）分配大小为 _amblksiz 的块。将 _amblksiz 设置为较高的值能潜在地减少对后端的调用次数。这只对广泛使用 CRT 的程序适用。使用上述技术将获得的好处会因对象类型、大小及工作量而有所不同。但总能在性能和可升缩性方面有所收获。另一方面，代码会有点特殊，但如果经过深思熟虑，代码还是很容易管理的。

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