C++/C入门之堆和栈

很多时候，你会被问到，也许是在面试的时候，堆和栈有什么区别？什么时候变量被分配到堆中？什么时候被分配到栈中？不是提问者故意刁难，也不是这样问，就显得自己有多么高大上。作为一个码农，不知道答案也许没关系，但这样一来，你也就未必真的了解自己的代码。

堆和栈，都是机器的一块内存区域。区别是，两者的用途和访问速度都不一样。栈直接参与系统调用，作为存放临时数据的地方，它的地址是放在专门的寄存器中的。这些寄存器，就是CPU直接访问的地方。这样一来，栈存取速度特别快，但能支持的数据类型，就非常有限，仅限于整数，指针，浮点数等系统直接支持的数据类型。涉及到函数调用的时候，系统先把函数返回地址入栈，然后依次放入函数局部变量。执行完后依次出栈，最后是函数返回地址。这种方式，直接决定了函数局部变量的生命周期。

相对于栈来说，堆要大得多。它是C++编译器定义的内存区域，通过编译器来访问。这块区域，就是给程序动态分配内存用的。当编译器看到new关键字调用的时候，它会去堆中尝试分配指定大小的内存区域，如果成功，就返回内存块的首地址；如果失败，则返回NULL。这块内存在程序运行时是不会被系统自动释放的，需显式调用delete来释放。

另外，C++编译器还定义全局区以存放全局或者静态变量。它还定义常量区以存放常量。

了解这些，你就会明白，把栈变量的地址返回给指针没有任何意义，而程序的输出结果也会出乎你的意料。当你使用new关键字创建对象的时候，返回值必定是个地址。过多使用new分配内存，会导致内存碎片和程序效率降低。在函数体体定义int i=0，i会放到栈中；而在函数体外定义，它会被放到全局区(注：类定义中初始化变量是不允许的）；如果是在函数内部定义int *i = new int,i又会被放到堆中，这个时候，i代表的内存块是不是被清除的，尽管在退出函数的情况下。

下面是一个例子，用来说明C++针对不同变量的内存分配情况。

#include <iostream>

using namespace std;

int g;

class myclass{

int i;

double d;

long l;

int arri[2];

public:

void f(string className){

int a = 0;

cout << "address of function variable from " << className <<".f a:" << (long)&a << endl;

}

};

int main(){

myclass b,c;

cout << "size of b:" <<sizeof(b) << endl;

cout << "address of b:" << (long)&b << endl;

cout << "size of c:" <<sizeof(c) << endl;

cout << "address of c:" << (long)&c << endl;

myclass *d = new myclass;

cout << "size of d:" <<sizeof(*d) << endl;

cout << "address of d:" << (long)d << endl;

b.f("b");

c.f("c");

cout << "address of global variable g:" << (long)&g << endl;

}

执行后输出结果是：

这里，类变量b，c以及函数f里的int变量a，都是局部变量，放在栈中。其中，b和c的地址是连续的，正好相差32个字节。类变量d通过new关键字分配内存，所以它的起始地址就跟b和c不一样（我的环境里是25769945744），虽然也是局部变量，但是是放在堆中的。这里注意，两个局部变量a的地址是完全一样，虽然是通过不同的函数调用来定义。这也正好体现了栈的特点：栈自动分配和释放内存；栈内存可迅速重用。