堆与栈：概念、实战应用与差异剖析

栈比堆快的原因:

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：为了分配一块内才能，库函数会按照一定的算法，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，就有可能调用系统功能区增加程序数据段内存空间，这样就有机会分配到足够大小的内存，然后返回。堆得效率比栈低得多。
C/C++中，所有的方法调用都是通过栈来进行的。



一、堆和栈
1.内存分配方面：
堆：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表，关键字：new、malloc、delete、free等。

栈：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量的值等，操作方式类似于数据结构中的栈。

2.申请方式方面：
堆：需要程序员自己申请，并声明大小。在C中malloc函数，c++中用new运算符

栈：由系统自动分配。例如：声明在函数中一个局部变量int a，系统自动在栈中为a开辟空间。

3.系统响应方面：
堆：OS有一个记录空闲内存地址的链表，当OS收到程序员的申请时，会遍历链表，寻找一个空间大于所申请空间的对结点，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OS，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。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：只要栈的剩余空间大于所申请的空间，OS将为程序提供内存，否则将会报异常提示栈溢出。

4.大小限制方面：
堆：是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存空间。由于系统是用链表来存储的空闲内存地址，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。

栈：在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。也就是说栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在Windows下，栈的大小固定的(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overfolw，因此，能从栈获得的空间较小。

5.效率方面：

堆：是由new分配的内存，一般速度比较慢，易产生内粗碎片，但用起来很方便。在Windows最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，它不在堆和栈中，是直接在进程的地址空间中保留一块内存，用起来最不方便，但速度快，很灵活。

栈：由系统自动分配，速度较快，但程序员无法控制。

6.存放内容方面;
堆：一般是在堆得头部用一个字节存放堆得大小。堆中的具体内容由程序员负责安排。

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中的下一条指令(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C编译器中，参数是由右往左入栈，然后是函数中的局部变量。注意：静态变量是不入栈的。当本次调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后是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。

7.存取效率方面：
堆：char *s = "adfg"; 存放在堆中的指针数据在编译时确定的。
栈：char a[] = "asdg"; 存放在栈中的数组在运行时赋值的，用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

小结
1、静态变量不入栈。 
2、栈由编译器自动分配和释放。栈中存放局部变量和参数，函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数。 
3、数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。 
4、堆是由程序员通过new、malloc、free、delete等指令进行分配和释放。如果程序员没有进行释放，程序结束时可能有OS回收。 
5、堆是由new分配的内存，速度较慢；栈是由系统自动分配，速度较快。 
6、比如存放在栈里面的数组，是在运行时赋值。而存在堆里面的指针数据，是在编译时就确定的。


二、在C中分为几个存储区
1.堆：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收；
2.栈：由编译器自动分配释放；
3.全局区(静态区)：全局变量和静态变量的存储放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域，程序结束时释放；
4.有一个专门存放常量的地方，程序结束时释放。

在函数体中定义的变量通常是在栈上，用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区）,在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用，在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外，函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。
例如：int a = 0;//全局初始化区