c語言的堆和棧

❶ c語言內存管理機制--malloc/calloc/free原理與實現

一、C程序的存儲空間布局

在C程序中，存儲空間布局通常分為棧和堆兩種類型。棧用於函數調用時的局部變數存儲，其大小由編譯器自動管理，遵循後進先出（LIFO）原則。堆用於動態內存分配，可以由程序在運行時動態地請求和釋放內存。

二、Heap內存模型

在堆內存中，malloc所申請的內存主要從堆區域分配。Linux內核通過維護一個break指針來管理堆空間。這個指針指向堆空間的某個地址，從堆起始地址（Heap』s Start）到break之間的地址空間為映射好的（虛擬地址與物理地址的映射，通過MMU實現），可以供進程訪問。從break向上，是未映射的地址空間，訪問這些空間會導致程序報錯。

三、調整break：brk()和sbrk()

break指針最初位於bss段的末尾之後，當break指針升高時，程序可以訪問新分配區域內的任何內存地址，而此時物理內存頁尚未分配，內存會在進程首次試圖訪問這些虛擬內存地址時自動分配新的物理內存頁。

Linux通過brk和sbrk系統調用操作break指針。brk()將break指針設置為指定位置，地址四捨五入到下一個內存頁的邊界處。sbrk()將break指針在原有地址基礎上增加指定的大小。sbrk(0)返回當前break指針的位置。系統對進程所分配的資源有限，包括映射的內存空間。

四、malloc

malloc函數用於在系統中動態分配連續的可用內存。它要求內存大小至少為指定的位元組數，返回指向內存塊起始地址的指針，多次調用不重疊分配地址，實現內存分配和釋放。malloc函數的返回值總是位元組對齊，適合高效訪問C語言數據結構。

五、初探實現malloc

一個簡單實現的malloc函數直接從未映射區域劃出內存，但忽略了記錄分配的內存塊信息，導致內存釋放時無法確定釋放的大小，需要額外數據結構記錄塊信息。

六、正式實現malloc

實現一個完整的malloc需要一個數據結構組織堆內存，每個內存塊包含元信息（大小、空閑狀態、指針）和實際數據區域。查找合適的內存塊、分配新的塊、分裂塊等操作需實現相應函數。

七、calloc的實現

calloc函數用於給一組相同對象分配內存，並初始化它們。實現只需兩次調用malloc，一次分配內存，另一次初始化。

八、free的實現

free函數需要驗證地址的有效性，並解決碎片問題。實現策略包括合並相鄰空閑內存塊，確保釋放的地址與未映射區域之間是空閑的。

九、realloc的實現

realloc函數調整已分配內存的大小。實現包括復制現有內存、調整大小、釋放舊內存等操作。

十、總結

通過上述機制，C語言提供內存管理功能，允許程序動態分配和釋放內存。優化空間和實際應用的內存管理策略如Linux內核夥伴演算法、STL空間配置器等提供了更高效的實現。

❷ C語言中的棧和堆是什麼

1、計算機中的內存分為兩部分：一部分是棧（stack，也稱堆棧），另一部分是堆（heap）。

2、 棧，可以看作是一摞卡片，最上面的卡片表示程序的當前作用域，這往往就是當前正在執行的函數。

3、堆，一段完全獨立於當前函數或者棧幀的內存區。如果一個函數中聲明了一些變數，而且希望當這個函數完成時其中聲明的變數仍然存在，就可以將這些變數置於堆中。

❸ c語言的堆棧是怎麼回事！！

堆(heap)和棧(stack)有什麼區別??

簡單的可以理解為：
heap：是由malloc之類函數分配的空間所在地。地址是由低向高增長的。
stack：是自動分配變數，以及函數調用的時候所使用的一些空間。地址是由高向低減少的。

預備知識—程序的內存分配

一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分為以下幾個部分
1、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變數的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。
2、堆區（heap） — 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表，呵呵。
3、全局區（靜態區）（static）—，全局變數和靜態變數的存儲是放在一塊的，初始化的全局變數和靜態變數在一塊區域， 未初始化的全局變數和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。 - 程序結束後有系統釋放
4、文字常量區 —常量字元串就是放在這里的。 程序結束後由系統釋放
5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

二、例子程序
這是一個前輩寫的，非常詳細
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main()
{
int b; 棧
char s[] = "abc"; 棧
char *p2; 棧
char *p3 = "123456"; 123456在常量區，p3在棧上。
static int c =0； 全局（靜態）初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
}

二、堆和棧的理論知識
2.1申請方式
stack:
由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變數 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間
heap:
需要程序員自己申請，並指明大小，在c中malloc函數
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。
2.2
申請後系統的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。
堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，
會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閑結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閑鏈表中。
2.3申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在 WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。
堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。
2.4申請效率的比較：
棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。
堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度， 也最靈活
2.5堆和棧中的存儲內容
棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變數。注意靜態變數是不入棧的。
當本次函數調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。
堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。
2.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的；
但是，在以後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字元串(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;
}
對應的匯編代碼
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一種在讀取時直接就把字元串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指edx中，在根據edx讀取字元，顯然慢了。
?

2.7小結：
堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出：
使用棧就象我們去飯館里吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等准備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

堆和棧的區別主要分：
操作系統方面的堆和棧，如上面說的那些，不多說了。
還有就是數據結構方面的堆和棧，這些都是不同的概念。這里的堆實際上指的就是（滿足堆性質的）優先隊列的一種數據結構，第1個元素有最高的優先權；棧實際上就是滿足先進後出的性質的數學或數據結構。
雖然堆棧，堆棧的說法是連起來叫，但是他們還是有很大區別的，連著叫只是由於歷史的原因針值讀

❹ C語言中堆和棧的區別

（1）申請方式
stack:
由系統自動分配。例如，聲明在函數中一個局部變數 int a; 系統自動在棧中為a開辟空間
heap:
需要程序員自己申請，並指明大小，在c中malloc函數
如m1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如m2 = (char *)malloc(10);
注意:m1、m2本身是在棧中的。

（2）申請後系統的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。
堆： 首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閑 結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閑鏈表中。
（3）申請大小的限制及生長方向
棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也可能是1M，它是一個編譯時就確定的常數），如果申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小 。
堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。
（4）申請效率的比較：
棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。
堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。
（5）堆和棧中的存儲內容
棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，然後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然後是函數中的局部變數。注意靜態變數是不入棧的。
當本次函數調用結束後，局部變數先出棧，然後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。
堆：一般是在堆的頭部用一個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

❺ C語言堆和棧的區別用比喻，舉例子說明

堆和棧的區別可以引用一位前輩的比喻來看出：
使用棧就象我們去飯館里吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等准備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，說的很通俗易懂，不知道你是否有點收獲。

❻ C語言中內存堆和棧的區別

堆(heap)和棧(stack)原本是兩種不同的數據結構，在C語言內存表述中，代表著用這兩種數據結構管理的兩種內存塊。
堆由整個系統共享，各個進程擁有同一個堆。 棧由每個進程自行管理，也就是每個進程的棧是獨立的，互不相關。
具體區別如下：
一、棧上的內存由系統自動管理分配，用於存儲局部變數。 堆中的內存由編程人員主動申請，在C語言中申請內存的函數為malloc， 使用後需要編程人員自行調用free函數釋放。
二、從分配釋放及訪問速度上，棧內存的存取，申請釋放速度要高於堆內存。
三、棧內存相對於堆內存要小的多，所以在編程的時候，一般不建議使用占空間過大的局部變數。
四、堆中所有數據均由編程人員申請使用。 棧中除了存放函數中可見的局部變數外，還有各種系統環境數據。