堆和栈究竟有什么区别?
主要区别有以下几点:
- 管理方式不同
- 空间大小不同
- 能否产生碎片
- 生长方向不同
- 分配方式不同
- 分配效率不同
管理方式
对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手动控制;对于堆来讲,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。
空间大小
一般在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无限制的;但对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下,默认栈空间大小是1M,不过这个 值我们可以自己进行修改。
产生碎片
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,因为栈使先进后出的队列,它们一一对应,以至于永远不会有一个内存块从栈中间弹出,在它弹出之前,在它上面的后进的栈内容已经被弹出。
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,即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种方式分配:静态分配 和动态分配。静态分配是由编译器完成,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不同,它的动态分配由编译器进行释放,无需手工释放。
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,它的机制很复杂,例如为了分配一块内存,函数库会按照一定的算法(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(可能碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的空间,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,申请内存的代价也比较昂贵;除非申请分配大量的内存空间,尽量用栈。无论用堆还是栈,都要防止越界现象的发生,因为越界的后果要么是程序崩溃,要么就是摧毁堆栈结构,产生意想不到的结果。