老问题：堆和栈及静态数据区（寻求权威解答）

[TrueZq]

1)什么是堆
2)什么是栈（这个问题好懂，可以不答）
3)什么是静态数据区
4)它们有什么区别？

搜索了以前的帖子，感觉还是糊里糊涂
一知半解的请勿浪费时间，谢谢。
200分全部给回答最好的人。

[Magnus]

五大内存分区
在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。
栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。
全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多，在《const的思考》一文中，我给出了6种方法）

明确区分堆与栈
在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。
首先，我们举一个例子：
void f() { int* p=new int[5]; }
这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：
00401028 push 14h
0040102A call operator new (00401060)
0040102F add esp,4
00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax
00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]
00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax
这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。
好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？
主要的区别由以下几点：
1、管理方式不同；
2、空间大小不同；
3、能否产生碎片不同；
4、生长方向不同；
5、分配方式不同；
6、分配效率不同；
管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：
打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。
注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。
碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。
生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。
从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。
虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）
对了，还有一件事，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，呵呵，清楚了？

[camelyi]

mark

[Zhymax]

学习

[konista]

太精辟了，原来自诩懂，后来才知渺，今日闻君言，拇指竖当中。

[Magnus]

这样应该够清楚了吧，
上周四起我开始回答技术问题，
很辛苦，晚上经常到一两点才睡觉，
可是大家都不结贴，
暴郁闷的说，
有时候好容易回答，并让他满意了，
然后又提出新的问题，不结贴，
疲惫不堪的说，

[Magnus]

T_T

[社会栋梁]

1)什么是堆
可以理解成在不相关连的地方分配的内存，只要你不delete它是不会释放的，所以很安全

2)什么是栈（这个问题好懂，可以不答）
在一个定义域内的变量，只要不是new出来的，不是static型的，就是在栈上分配的，在域内程序执行完后，内存会出栈释放，这期间就是变量的生存周期，内存是和前面的变量连续的，返回一个或释放一个变量就会出栈，因为是连续的内存，所以用到指针时有可能越界

3)什么是静态数据区
在不与栈相关的地方分配的内存，且是全局的，都可以修改它

4)它们有什么区别？
一般变量分配在栈上使用就可以了，内存利用率也较高
static是全局变量和特殊的全局函数才使用的，且和栈、堆相比执行效率较高
用new的地方也可以分配在堆上但不安全，需要用数据结构来完善
这个可以看我的blog上的一点理解：http://wangzilue.mblogger.cn/posts/7843.aspx

自己的一点理解，希望对你有帮助

[konista]

这帖子应该扔到FAQ上去

[uglystone]

真是太精辟了

[gunj]

小楼的回答真是全面啊！佩服佩服！

揭帖吧！

[nance224]

好东西，MARK

[janezhou]

mark

[rivershan]

http://www.microsoft.com/china/msdn/archives/library/techart/heap3.asp

[ww51xh]

留个脚印，好好学习学习

[lion1900]

权威解答
堆：就是一坨。。。。
栈：就是一条。。。。

[linxy2002]

呵呵，，学习

[oyljerry]

堆可以根据你的需要来开辟，因而获得存储空间大，但效率要低些
栈是存储你的局部变量，空间有限

[try876]

强，up,学习

[xfzzmzj]

这些问题是编程水平提高的必经的一步:内存的使用问题
可以这样理解：

1)，栈也叫堆栈（stack）（注意与堆（heap）的区别）
在windows编程中每一个线程对应的有一个栈，mfc默认的大小1M，
主要在函数调用时使用，用于函数局部变量存储空间的分配和函数参数使用，
栈使用内存是动态使用内存，(这里的使用方式与数据结构中栈是一样的,先进后出)
函数返回后，收回内存（收回内存意味原先的内存值无效）。

这里用于栈的内存应该和全局变量内存进行一下比较:
全局变量分配内存对应整个应用程序(进程的所用线程)都有效,

栈分配内存和全局变量分配内存都是静态分配内存,程序编译后,它们分配内存的内存
大小确定,内存地址也确定(逻辑地址)
这种内存使用方法,对于不知道变量的多少时会出现问题,例如:
#define MMM 100
int p[MMM];
定义了一个整型数组,大小为100,(如果是在一个函数中定义的,是在栈中分配内存)
如果这个数组超过100,就不好办,常用的解决办法是把MMM 改为大点,
但是原程序就需要重新编译,
最好的办法是使用堆分配内存给变量
int *p;
int NUM;
p = new int[NUM];

2)，堆是程序运行时根据具体参数(具体情况)，分配相应大小的内存给变量使用
最常用的使用方法是用new 分配，使用完之后用delete释放堆所占用的内存，
例如：
int *p;
int i；
...
i = 8；
p = new int[i]; //根据i，动态分配内存的大小
...
delete [] p;//使用完之后用delete释放堆所占用的内存

如果使用完之后用没有释放堆所占用的内存，
会造成，C/C++编程所最麻烦的内存泄漏的问题，
这一点是C/C++语言所独有的,java/C#有垃圾内存回收机制,避免这个问题,
如何避免这个问题，msdn有很多的文章可以参考.

3)什么是静态数据区
静态数据区这个概念一点模糊,
内存的使用有静态使用(编译后分配内存大小)和动态使用(运行时分配内存大小)
我认为静态使用的内存是静态数据区,栈分配内存和全局变量分配内存属于静态数据区.

与静态数据区有一个相关的概念:静态变量(用static定义的变量),
静态变量与局部变量的区别是:
静态变量一定义,他一直有效(分配的内存一直有效)函数返回后也有效.
静态变量所占用的内存与全局变量一样,使用方式也类似,一旦定义一直有效.
静态变量所占用的内存也属于静态数据区.

4)区别就不用说了吧

(200分,被忘了)

[wd_6532]

好贴