您当前的位置:首页 > 电脑百科 > 程序开发 > 语言 > C/C++/C#

C语言中堆和栈的区别

时间:2023-06-29 13:54:09  来源:微信公众号  作者:MCU开发笔记

一、前言

C语言程序经过编译连接后形成编译、连接后形成的二进制映像文件由栈,堆,数据段(由三部分部分组成:只读数据段,已经初始化读写数据段,未初始化数据段即BBS)和代码段组成,如下图所示:

图片
 
1、栈区(stack):由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量等值。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,则可能会引起内存泄漏。注堆和数据结构中的堆栈不一样,其类是与链表。
3、程序代码区:存放函数体的二进制代码。
4、数据段:由三部分组成:

1)只读数据段:

只读数据段是程序使用的一些不会被更改的数据,使用这些数据的方式类似查表式的操作,由于这些变量不需要更改,因此只需要放置在只读存储器中即可。一般是const修饰的变量以及程序中使用的文字常量一般会存放在只读数据段中。

2)已初始化的读写数据段:

已初始化数据是在程序中声明,并且具有初值的变量,这些变量需要占用存储器的空间,在程序执行时它们需要位于可读写的内存区域内,并且有初值,以供程序运行时读写。在程序中一般为已经初始化的全局变量,已经初始化的静态局部变量(static修饰的已经初始化的变量)

3)未初始化段(BSS):

未初始化数据是在程序中声明,但是没有初始化的变量,这些变量在程序运行之前不需要占用存储器的空间。与读写数据段类似,它也属于静态数据区。但是该段中数据没有经过初始化。未初始化数据段只有在运行的初始化阶段才会产生,因此它的大小不会影响目标文件的大小。在程序中一般是没有初始化的全局变量和没有初始化的静态局部变量。

二.堆和栈的区别

1、申请方式

1)栈(satck):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。

2)堆(heap):需程序员自己申请(调用malloc,realloc,calloc),并指明大小,并由程序员进行释放。

2、申请大小的限制

1)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(它的生长方向与内存的生长方向相反)。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。

2)堆:堆是向高地址扩展的数据结构(它的生长方向与内存的生长方向相同),是不连续的内存区域。这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址的,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。

3、系统响应:

1)栈:只要栈的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。

2)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,但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free语句才能正确的释放本内存空间。另外,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。

说明:

对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,

4、申请效率

1)栈由系统自动分配,速度快。但程序员是无法控制的

2)堆是由malloc分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生碎片,不过用起来最方便。

5、堆和栈中的存储内容

1)栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中下一条语句的地址,然后是函数的各个参数,参数是从右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注: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,程序由该点继续执行。

2)堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。

6.存取效率
(1)堆:char *s1=”hello world”;是在编译时就确定的。
(2)栈:char s1[]=”hello world”;是在运行时赋值的;用数组比用指针速度更快一些,指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下,而数组在栈上读取。
补充:

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,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)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(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

7、分配方式:

1)堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。

2)栈有两种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配是由编译器进行释放,无需手工实现。但alloca有局限性,不推荐使用。



Tags:C语言   点击:()  评论:()
声明:本站部分内容及图片来自互联网,转载是出于传递更多信息之目的,内容观点仅代表作者本人,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。如有任何标注错误或版权侵犯请与我们联系,我们将及时更正、删除。
▌相关推荐
C语言中的volatile:变量的易变性和内存访问的优化
概念:在C语言中,volatile是一个关键字,用于告诉编译器变量的值是易变的,可能会在意料之外的情况下发生改变,从而防止编译器对该变量的优化和缓存。volatile关键字用于修饰那些可...【详细内容】
2023-12-31  Search: C语言  点击:(64)  评论:(0)  加入收藏
C语言中的静态变量解析
一、引言在C语言中,变量的存储类别决定了变量在程序中的生命周期和可见性。静态变量是其中一种具有特殊属性的变量,它们在程序的执行过程中具有持久的生命周期,并且仅在其定义...【详细内容】
2023-12-29  Search: C语言  点击:(137)  评论:(0)  加入收藏
C语言变长参数及其陷阱
C 工具变长参数列表这部分解释了旧的 C 风格变长参数列表。了解这些内容很重要,因为你可能会在遗留代码中遇到它们。然而,在新代码中,你应该使用变参模板来实现类型安全的变长...【详细内容】
2023-12-15  Search: C语言  点击:(138)  评论:(0)  加入收藏
C语言代码:数字雨
在我们的日常生活中,雨水是我们经常遇到的一种自然现象。有时候,我们会在雨中漫步,欣赏那美丽的雨景。然而,在计算机世界里,我们如何用代码来模拟这种美丽的雨景呢?本文将通过一个...【详细内容】
2023-11-23  Search: C语言  点击:(155)  评论:(0)  加入收藏
拿捏C语言,就看这一篇!
嵌入式系统是我们日常生活中无处不在的一部分。从智能手机到家用电器,从汽车到医疗设备,嵌入式系统的应用范围广泛且不断增长。C语言是一种高效、简洁、灵活的编程语言,是嵌入...【详细内容】
2023-11-14  Search: C语言  点击:(221)  评论:(0)  加入收藏
Java为什么比C语言更加的受青睐?
Java和C语言都是广泛应用于软件开发领域的编程语言,然而Java在近年来越来越受到开发者的青睐。这主要归因于Java在以下几个方面的优势。跨平台性Java的跨平台性是其最显著的...【详细内容】
2023-11-09  Search: C语言  点击:(337)  评论:(0)  加入收藏
自学C语言,其最恐怖的地方是什么?
今天我们来聊聊关于自学C语言的事。首先得承认,这条路并不容易。学会C语言自学对很多人来说都是个不小的考验。这门编程语言的复杂性和一堆晦涩难懂的概念,让学习过程变得相当...【详细内容】
2023-11-03  Search: C语言  点击:(197)  评论:(0)  加入收藏
比C语言还快20%!Mojo首个大模型开放下载,性能达Python版250倍
明敏 发自 凹非寺量子位 公众号 | QbitAI专为AI而来的新语言Mojo,推理LLaMA2性能比Python提升250倍!比C语言也要快上20%。上周五才开放下载,Mojo这么快就自证实力了。要知道,之...【详细内容】
2023-09-13  Search: C语言  点击:(359)  评论:(0)  加入收藏
为什么C++无法彻底替代C语言?
随着时间的推移,编程语言的发展不断演进,新的工具和技术层出不穷。然而,在这个瞬息万变的编程世界中,有一对老朋友一直在默默地坚守着自己的位置:C 和 C++。这两门编程语言都拥有...【详细内容】
2023-09-11  Search: C语言  点击:(286)  评论:(0)  加入收藏
c语言中的预处理、宏、条件编译
在C程序中,以 # 开头的命令就是预处理命令,这些命令都是放在函数之外,而且一般都放在源文件的前面,如下面的两条命令:#include <stdio.h> #define PI 3.1415926宏可以看做是一些...【详细内容】
2023-09-08  Search: C语言  点击:(326)  评论:(0)  加入收藏
▌简易百科推荐
C++常见避坑指南
C++ 从入门到放弃?本文主要总结了在C++开发或review过程中常见易出错点做了归纳总结,希望借此能增进大家对C++的了解,减少编程出错,提升工作效率,也可以作为C++开发的避坑攻略。...【详细内容】
2024-04-03  腾讯技术工程    Tags:C++   点击:(4)  评论:(0)  加入收藏
C++ 之父反驳白宫警告:自诞生第一天起,C++ 的目标就一直是提高安全性
整理 | 郑丽媛上个月,美国白宫国家网络主任办公室(ONCD)在一份主题为《回到基础构件:通往安全软件之路》的 19 页 PDF 报告中,呼吁开发人员停止使用容易出现内存安全漏洞的编程语...【详细内容】
2024-03-25    CSDN  Tags:C++   点击:(4)  评论:(0)  加入收藏
八个 C++ 开源项目,帮助初学者进阶成长
通过参与或阅读开源项目的源代码,你可以获得丰富的实践机会。实际的项目代码比简单的教程更具挑战性,可以帮助你深入理解 C++ 的各种概念和技术。1.ThreadPool一个简单的 C++1...【详细内容】
2024-03-22  AI让生活更美好  微信公众号  Tags:C++   点击:(21)  评论:(0)  加入收藏
C# 中15个值得收藏的开源项目推荐
在开源的世界里,C# 编程语言也占有一席之地。这些开源项目涵盖了多个领域,从框架、库到工具,它们为C#开发者提供了丰富的资源和工具,帮助他们更高效地开发、测试和部署应用程序...【详细内容】
2024-03-20  程序员编程日记  微信公众号  Tags:C#   点击:(30)  评论:(0)  加入收藏
C#异步编程:Task.Run vs. async-await,掌握基础与高级用法
概述:C#中的异步编程有两主要方式:Task.Run用于在后台线程执行同步操作,而async-await更适用于清晰表达异步流程。基础用法展示了它们的简单应用,高级用法则演示了它们的结合使...【详细内容】
2024-03-09  架构师老卢  今日头条  Tags:C#   点击:(23)  评论:(0)  加入收藏
C++多线程编程:解锁性能与并发的奥秘
今天我们将深入探讨C++中的多线程编程,揭示多线程如何解锁性能潜力,提高程序的并发性能。什么是多线程?在计算机科学中,多线程是指一个进程(程序的执行实例)中的多个线程同时执行...【详细内容】
2024-02-03     AI让生活更美好  Tags:C++   点击:(69)  评论:(0)  加入收藏
C++代码优化攻略
今天我们将深入探讨C++性能优化的世界。在当今软件开发的浪潮中,高性能的代码是必不可少的。无论是开发桌面应用、移动应用,还是嵌入式系统,性能都是关键。1. 选择合适的数据结...【详细内容】
2024-01-26  AI让生活更美好  微信公众号  Tags:C++   点击:(113)  评论:(0)  加入收藏
C# 线程本地存储为什么线程间值不一样
为什么用 ThreadStatic 标记的字段,只有第一个线程拿到了初始值,其他线程都是默认值,让我能不能帮他解答一下,尼玛,我也不是神仙什么都懂,既然问了,那我试着帮他解答一下,也给后面类...【详细内容】
2024-01-26  一线码农聊技术  微信公众号  Tags:C#   点击:(67)  评论:(0)  加入收藏
C++质数检测器的设计与实现​
质数,作为数学中的一个基本概念,一直以其独特的性质吸引着众多研究者和爱好者。质数是指大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数的数。在实际应用中,质数检测也扮演着...【详细内容】
2024-01-15  鲨鱼编程  微信公众号  Tags:C++   点击:(111)  评论:(0)  加入收藏
C# 登顶!超越Java或非空想
整理丨诺亚出品 | 51CTO技术栈(微信号:blog51cto)近日,TIOBE编程社区公布年度编程语言,此次摘得这一桂冠的是C#。这也是C#在TIOBE二十多年评选历史中首次赢得这一年度大奖。C#虽...【详细内容】
2024-01-15    51CTO  Tags:C#   点击:(114)  评论:(0)  加入收藏
站内最新
站内热门
站内头条