【快播报】数据结构方向堆和栈stack有什么区别？堆和栈的详细区别对比

堆heap和栈stack的区别

(资料图片仅供参考)

堆和栈的区别我们要数据结构方向和虚拟机内存方向从两方面去比较，两处所说的堆栈是不同的两种含义。

数据结构方向

堆和栈都是一种数据项按序排列的数据结构 ，都用于存放临时数据

栈是线性结构LIFO，只允许在栈顶进行删除（出栈）或插入（入栈）操作。堆一般指二叉堆，可看着一棵树。堆的根节点是最大值或者最小值，增加删除是任意的。常用于堆排序。内存中保存new 和malloc这些自定义的内存变量。队列先进先出，在队头做删除操作,在队尾做插入操作。

虚拟机内存方向

一般情况下程序存放在Rom或Flash中，运行时需要拷到内存中执行，内存会分别存储不同的信息。其内存中数据分配地址如下：

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。

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。

全局区（static静态区）：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。 静态区是一个可读可写的内存空间,这个空间是在你写程序编译好的空间地址(由编译器决定),是固定的。- 程序结束后有系统释放

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

程序代码区：存放函数体的二进制代码。

创建和销毁

1） 栈：由操作系统自动分配释放 ，其在操作系统建立某个进程或线程时建立存储空间，在编译时可以指定需要的Stack的大小。 栈一般处于较高地址位，栈地址是向下增长的。在退出函数的时候，只是修改栈指针就可以把栈中的内容销毁，所以速度最快。

栈中存放函数的参数值，局部变量的值等，都是在栈中分配空间保存，从上往下分配地址。其操作方式类似于数据结构中的栈，如int a=10，自动分配自动回收。程序通过栈的基地址和偏移量来访问本地变量。

2）堆：是应用程序在运行的时候请求操作系统分配给自己内存，由程序员申请和释放，所以它是动态申请的。对堆的访问和对一般内存的访问没有区别。

堆区的起始地址一般处于低位，地址向上增长。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。如我们定义int[] arr=new int[10]。

Java和C/C++关于堆是有区别的

在Java中除了简单类型（int,char等）都是在堆中分配内存，这也是程序慢的一个主要原因C/C++ 中不是自动初始化的，C/C++分别用malloc/New请求分配Heap，用free/delete销毁内存。Java中分配Heap内存是自动初始化的。在Java中所有的对象（包括int的wrapper Integer）都是在堆中分配的。也就说比如一个String建立对象时从两个地方都分配内存，在Heap中分配的内存实际建立这个对象，而在Stack中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针（引用）而已。

缓存方式

栈使用的是一级缓存， 栈上的数据生存周期只在函数运行过程中，调用完毕立即释放，其后不能再被访问。堆是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

申请响应

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。 在C++中堆事先是没有在进程空间里分配的需要手动分配，此时访问堆空间会报一个内存访问错误，而Java会自动初始化。

堆内存分配过程1）记录链表将合适的堆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。 2）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。 3） 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。 堆会在申请后还要做一些后续的工作，这就会引出申请效率的问题。

栈内存分配过程在C++中当进程初始化时，系统会自动为进程创建一个默认栈。这个栈默认所占内存的大小根据不同系统有所不同。 进程的每个线程都有私有的“栈”，所以每个线程虽然代码一样，但本地变量的数据都是互不干扰。一个栈可以通过“基地址”和“栈顶”地址来描述。

栈访问

1）有一组CPU指令可以实现对进程的内存实现堆栈访问。其中，POP指令实现出栈操作，PUSH指令实现入栈操作。 2）CPU的ESP寄存器存放当前线程的栈顶指针，EBP寄存器中保存当前线程的栈底指针。 3）CPU的EIP寄存器存放下一个CPU指令存放的内存地址，当CPU执行完当前的指令后，从EIP寄存器中读取下一条指令的内存地址，然后继续执行。

申请效率

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。 由于从操作系统管理的内存分配所以在分配和销毁时都要占用时间，所以用堆的效率低的多！但是堆的好处是可以做的很大，C/C++对分配的Heap是不初始化的。

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。栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，windows下的栈一般只有1-2M。如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示栈溢出。

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。

**由于栈的大小有限，所以用子函数还是有物理意义的，而不仅仅是逻辑意义。**多使用子函数和控制函数的行数，可以有效减小栈大小限制压力。

存储内容

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令（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。堆中的具体内容由程序员安排。

总结

有人将栈比喻成去饭馆吃饭，只管点才吃饭，快捷而自由度小。堆则像自己做饭菜，过程麻烦，但想吃啥做啥，自由度高。

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