linux程序设计：堆和栈的区别

一、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

*** 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。 - 程序结束后由系统释放。

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" 123456/0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") 123456/0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 = new char[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 *** 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块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，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。堆中的具体内容由程序员安排。

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针值读到

edx中，再根据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

一、具体分布如图所示：

二、关于堆和栈

（1）分配方式：

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。其 *** 作方式类似于数据结构中的栈。

堆： 一般由程序员分配释放，它的分配方式类似于链表。

（2）申请后系统的响应：

栈：只要所申请的空间小于栈的剩余空间，则系统为程序分配内存，否则栈溢出。

堆： *** 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，遍历该链表，找出第一个大于所申请空间的节点，然后将其从链表中删除并分配，如果没用完，则系统会把多余的重新放回到链表中。

（3）申请大小的限制：

栈：栈是高地址向低地址扩展的连续内存，栈的大小一般是2M；

堆：堆是低地址向高地址扩展的不连续内存，堆的大小与计算机有效的虚拟内存有关系。

（4）申请效率：

栈：由系统自动分配，速度较快；

堆：速度慢，容易产生内存碎片；

关于Linux命令的介绍，看看《linux就该这么学》，具体关于这一章地址3w(dot)linuxprobe/chapter-02(dot)html.

Linux释放内存的命令：\x0d\x0async\x0d\x0aecho 1 >/proc/sys/vm/drop_caches\x0d\x0a\x0d\x0adrop_caches的值可以是0-3之间的数字，代表不同的含义：\x0d\x0a0：不释放（系统默认值）\x0d\x0a1：释放页缓存\x0d\x0a2：释放dentries和inodes\x0d\x0a3：释放所有缓存\x0d\x0a\x0d\x0a释放完内存后改回去让系统重新自动分配内存。\x0d\x0aecho 0 >/proc/sys/vm/drop_caches\x0d\x0a\x0d\x0afree -m #看内存是否已经释放掉了。\x0d\x0a\x0d\x0a如果我们需要释放所有缓存，就输入下面的命令：\x0d\x0aecho 3 >/proc/sys/vm/drop_caches\x0d\x0a\x0d\x0a######### Linux释放内存的相关知识 ###############\x0d\x0a\x0d\x0a在Linux系统下，我们一般不需要去释放内存，因为系统已经将内存管理的很好。但是凡事也有例外，有的时候内存会被缓存占用掉，导致系统使用SWAP空 间影响性能，例如当你在linux下频繁存取文件后,物理内存会很快被用光,当程序结束后,内存不会被正常释放,而是一直作为caching。，此时就需 要执行释放内存（清理缓存）的 *** 作了。\x0d\x0a\x0d\x0aLinux系统的缓存机制是相当先进的，他会针对dentry（用于VFS，加速文件路径名到inode的转换）、Buffer Cache（针对磁盘块的读写）和Page Cache（针对文件inode的读写）进行缓存 *** 作。但是在进行了大量文件 *** 作之后，缓存会把内存资源基本用光。但实际上我们文件 *** 作已经完成，这部分 缓存已经用不到了。这个时候，我们难道只能眼睁睁的看着缓存把内存空间占据掉吗？所以，我们还是有必要来手动进行Linux下释放内存的 *** 作，其实也就是 释放缓存的 *** 作了。/proc是一个虚拟文件系统,我们可以通过对它的读写 *** 作做为与kernel实体间进行通信的一种手段.也就是说可以通过修改 /proc中的文件,来对当前kernel的行为做出调整.那么我们可以通过调整/proc/sys/vm/drop_caches来释放内存。要达到释 放缓存的目的，我们首先需要了解下关键的配置文件/proc/sys/vm/drop_caches。这个文件中记录了缓存释放的参数，默认值为0，也就 是不释放缓存。\x0d\x0a\x0d\x0a一般复制了文件后,可用内存会变少，都被cached占用了，这是linux为了提高文件读取效率的做法：为了提高磁盘存取效率, Linux做了一些精心的设计, 除了对dentry进行缓存(用于VFS,加速文件路径名到inode的转换), 还采取了两种主要Cache方式：Buffer Cache和Page Cache。前者针对磁盘块的读写，后者针对文件inode的读写。这些Cache有效缩短了 I/O系统调用(比如read,write,getdents)的时间。"\x0d\x0a\x0d\x0a释放内存前先使用sync命令做同步，以确保文件系统的完整性，将所有未写的系统缓冲区写到磁盘中，包含已修改的 i-node、已延迟的块 I/O 和读写映射文件。否则在释放缓存的过程中，可能会丢失未保存的文件。\x0d\x0a\x0d\x0a[root@fcbu.com ~]# free -m\x0d\x0a total used free sharedbuffers cached\x0d\x0aMem: 7979 7897 82 0 30 3918\x0d\x0a-/ buffers/cache: 3948 4031\x0d\x0aSwap: 4996438 4558\x0d\x0a\x0d\x0a第一行用全局角度描述系统使用的内存状况：\x0d\x0atotal 内存总数\x0d\x0aused 已经使用的内存数，一般情况这个值会比较大，因为这个值包括了cache 应用程序使用的内存\x0d\x0afree 空闲的内存数\x0d\x0ashared 多个进程共享的内存总额\x0d\x0abuffers 缓存，主要用于目录方面,inode值等（ls大目录可看到这个值增加）\x0d\x0acached 缓存，用于已打开的文件\x0d\x0a\x0d\x0a第二行描述应用程序的内存使用：\x0d\x0a-buffers/cache 的内存数:used - buffers - cached\x0d\x0abuffers/cache 的内存数:free buffers cached\x0d\x0a前个值表示-buffers/cache 应用程序使用的内存大小，used减去缓存值\x0d\x0a后个值表示 buffers/cache 所有可供应用程序使用的内存大小，free加上缓存值\x0d\x0a\x0d\x0a第三行表示swap的使用：\x0d\x0aused 已使用\x0d\x0afree 未使用 \x0d\x0a\x0d\x0a可用的内存=free memory buffers cached。\x0d\x0a\x0d\x0a为什么free这么小，是否关闭应用后内存没有释放？\x0d\x0a但实际上，我们都知道这是因为Linux对内存的管理与Windows不同，free小并不是说内存不够用了，应该看的是free的第二行最后一个值：-/ buffers/cache: 3948 4031 ，这才是系统可用的内存大小。\x0d\x0a实际项目中的经验告诉我们，如果因为是应用有像内存泄露、溢出的问题，从swap的使用情况是可以比较快速可以判断的，但free上面反而比较难查看。我觉得既然核心是可以快速清空buffer或cache，但核心并没有这样做（默认值是0），我们不应该随便去改变它。\x0d\x0a一般情况下，应用在系统上稳定运行了，free值也会保持在一个稳定值的，虽然看上去可能比较小。当发生内存不足、应用获取不到可用内存、OOM错 误等问题时，还是更应该去分析应用方面的原因，如用户量太大导致内存不足、发生应用内存溢出等情况，否则，清空buffer，强制腾出free的大小，可 能只是把问题给暂时屏蔽了，所以说一般情况下linux都不用经常手动释放内存。

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