栈和堆
应用程序在运行的过程中,应用程序保存的数据都保存内存中,不同数据类型的数据保存的内存区域不同。
- 栈:具有先进后出性质的数据结构。主要存放局部变量和函数参数,函数调用结束自动释放内存。
- 堆:一种经过排序的树形数据结构,节点的值最大/小,且根节点的两个子树也是一个堆,一般指二叉堆,常用来实现优先队列。
进程的内存模型中的栈区和堆区
- 栈区:由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量值等,操作类似于数据结构中的栈。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Flowout.
- 堆区:一般由程序员/用户程序通过 malloc 或 free、release 等分配释放,若程序员/用户程序不主动释放,程序结束时可能由操作系统回收,分配和维护方式类似于链表。
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。
栈区和堆区的比较
分配方式不同
栈区:是由编译器自动分配和释放;
堆区:是由程序员来分配和释放。
申请后系统的响应
栈区:栈区内存由编译器分配和释放,在函数执行时分配,在函数结束时收回。只要栈区剩余内存大于所申请的内存,那么系统将为程序提供内存。
堆区:系统有一个存放空闲内存地址的链表,当程序员申请堆内存的时候,系统会遍历这个链表,找到第一个内存大于所申请内存的堆节点,并把这个堆节点从链表中移除。由于这块内存的大小很多时候不是刚刚好所申请的一样大,所以剩余的那一部分还会回到这个空闲链表中。
申请大小的限制
栈区:栈区是向低地址扩展的数据结构,也就是说栈顶的地址和栈的容量大小是由系统决定的。栈的容量大小一般是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数 ),当申请的栈内存大于2M时就会出现栈溢出。因此栈可分配的空间比较小。 堆区:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟空间,因此堆可分配的空间比较大。
申请效率的比较
栈:栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。访问时,由于直接将数据读取到寄存器,寻址速度较快。
堆:由new、alloc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。访问时,需要先把指向堆上数据的指针读入寄存器,然后读取数据,较慢。