进程的堆和栈

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堆和栈简介

每个进程有一些可以使用的地址集合，典型值从0到某个最大值，叫做地址空间。这是操作系统为进程提供的一个抽象，是以进程的视角所看到的系统中的内存。

一个进程的地址空间通常包括代码段、数据段、堆、栈，地址从低到高。
注意这里的堆和栈不同于数据结构中的堆和栈。

代码段：可执行的代码

数据段： 1.数据段：已初始化的，且初值为非0的全局变量（static变量）
        2.bss段：未初始化，或者初值为0的全局变量 （static变量）

堆：可以理解为程序员在程序中自己为变量分配的内存（需手动释放）

栈：保存了函数被调用时所需要的局部变量，函数参数，返回地址。
    该进程在派生出很多线程时，线程栈也保存在这里。

除了这些之外，夹在stack和heap之间还有一个内存映射段(mmap)

下面是一个C程序的地址空间布局：
memoryLayoutC.jpg

实际代码例子

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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); //堆 
    p2 = (char *)malloc(20);  //堆 
}

栈和堆对比

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问答总结

内存分配方面：
堆：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.
栈：由编译器(Compiler)自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。

申请方式方面：
堆：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，但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。

栈：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。

系统响应方面：
堆：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。

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。

大小限制方面：
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。

栈：栈的大小是固定的（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，就stack overflow了，linux一般是8M。

效率方面：
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，

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

存放内存方面：
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。

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，然后是函数中的局部变量。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。

存取效率方面：
堆：char *s1 = “Hellow Word”；是在编译时就确定的；

栈：char s1[] = “Hellow Word”； 是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

Refence:

https://www.geeksforgeeks.org/stack-vs-heap-memory-allocation/

https://www.cnblogs.com/George1994/p/6399895.html

https://www.youtube.com/watch?v=_8-ht2AKyH4