c语言的堆和栈

❶ c语言内存管理机制--malloc/calloc/free原理与实现

一、C程序的存储空间布局

在C程序中，存储空间布局通常分为栈和堆两种类型。栈用于函数调用时的局部变量存储，其大小由编译器自动管理，遵循后进先出（LIFO）原则。堆用于动态内存分配，可以由程序在运行时动态地请求和释放内存。

二、Heap内存模型

在堆内存中，malloc所申请的内存主要从堆区域分配。Linux内核通过维护一个break指针来管理堆空间。这个指针指向堆空间的某个地址，从堆起始地址（Heap’s Start）到break之间的地址空间为映射好的（虚拟地址与物理地址的映射，通过MMU实现），可以供进程访问。从break向上，是未映射的地址空间，访问这些空间会导致程序报错。

三、调整break：brk()和sbrk()

break指针最初位于bss段的末尾之后，当break指针升高时，程序可以访问新分配区域内的任何内存地址，而此时物理内存页尚未分配，内存会在进程首次试图访问这些虚拟内存地址时自动分配新的物理内存页。

Linux通过brk和sbrk系统调用操作break指针。brk()将break指针设置为指定位置，地址四舍五入到下一个内存页的边界处。sbrk()将break指针在原有地址基础上增加指定的大小。sbrk(0)返回当前break指针的位置。系统对进程所分配的资源有限，包括映射的内存空间。

四、malloc

malloc函数用于在系统中动态分配连续的可用内存。它要求内存大小至少为指定的字节数，返回指向内存块起始地址的指针，多次调用不重叠分配地址，实现内存分配和释放。malloc函数的返回值总是字节对齐，适合高效访问C语言数据结构。

五、初探实现malloc

一个简单实现的malloc函数直接从未映射区域划出内存，但忽略了记录分配的内存块信息，导致内存释放时无法确定释放的大小，需要额外数据结构记录块信息。

六、正式实现malloc

实现一个完整的malloc需要一个数据结构组织堆内存，每个内存块包含元信息（大小、空闲状态、指针）和实际数据区域。查找合适的内存块、分配新的块、分裂块等操作需实现相应函数。

七、calloc的实现

calloc函数用于给一组相同对象分配内存，并初始化它们。实现只需两次调用malloc，一次分配内存，另一次初始化。

八、free的实现

free函数需要验证地址的有效性，并解决碎片问题。实现策略包括合并相邻空闲内存块，确保释放的地址与未映射区域之间是空闲的。

九、realloc的实现

realloc函数调整已分配内存的大小。实现包括复制现有内存、调整大小、释放旧内存等操作。

十、总结

通过上述机制，C语言提供内存管理功能，允许程序动态分配和释放内存。优化空间和实际应用的内存管理策略如Linux内核伙伴算法、STL空间配置器等提供了更高效的实现。

❷ C语言中的栈和堆是什么

1、计算机中的内存分为两部分：一部分是栈（stack，也称堆栈），另一部分是堆（heap）。

2、 栈，可以看作是一摞卡片，最上面的卡片表示程序的当前作用域，这往往就是当前正在执行的函数。

3、堆，一段完全独立于当前函数或者栈帧的内存区。如果一个函数中声明了一些变量，而且希望当这个函数完成时其中声明的变量仍然存在，就可以将这些变量置于堆中。

❸ c语言的堆栈是怎么回事！！

堆(heap)和栈(stack)有什么区别??

简单的可以理解为：
heap：是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。
stack：是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少的。

预备知识—程序的内存分配

一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 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。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 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 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，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。 - 程序结束后有系统释放
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

二、例子程序
这是一个前辈写的，非常详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456在常量区，p3在栈上。
static int c =0； 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2.2
申请后系统的响应
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。
堆：首先应该知道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。
2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之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overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，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。
2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new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.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度， 也最灵活
2.5堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后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。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。
2.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；
但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(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;
}
对应的汇编代码
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
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。
?

2.7小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

堆和栈的区别主要分：
操作系统方面的堆和栈，如上面说的那些，不多说了。
还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。
虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，但是他们还是有很大区别的，连着叫只是由于历史的原因针值读

❹ C语言中堆和栈的区别

（1）申请方式
stack:
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
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如m1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如m2 = (char *)malloc(10);
注意:m1、m2本身是在栈中的。

（2）申请后系统的响应
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。
堆： 首先应该知道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。
（3）申请大小的限制及生长方向
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也可能是1M，它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overflow。因此，能从栈获得的空间较小 。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，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。
（4）申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new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.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
（5）堆和栈中的存储内容
栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后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。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

❺ C语言堆和栈的区别用比喻，举例子说明

堆和栈的区别可以引用一位前辈的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。比喻很形象，说的很通俗易懂，不知道你是否有点收获。

❻ C语言中内存堆和栈的区别

堆(heap)和栈(stack)原本是两种不同的数据结构，在C语言内存表述中，代表着用这两种数据结构管理的两种内存块。
堆由整个系统共享，各个进程拥有同一个堆。 栈由每个进程自行管理，也就是每个进程的栈是独立的，互不相关。
具体区别如下：
一、栈上的内存由系统自动管理分配，用于存储局部变量。 堆中的内存由编程人员主动申请，在C语言中申请内存的函数为malloc， 使用后需要编程人员自行调用free函数释放。
二、从分配释放及访问速度上，栈内存的存取，申请释放速度要高于堆内存。
三、栈内存相对于堆内存要小的多，所以在编程的时候，一般不建议使用占空间过大的局部变量。
四、堆中所有数据均由编程人员申请使用。 栈中除了存放函数中可见的局部变量外，还有各种系统环境数据。