关于C/C++中堆与栈的问题，在之前编程过程中遇到过好多次，每次看一遍就忘了，趁现在有空，就将这个好好的梳理一遍。参考来源已附文末，感谢前辈~

拓：数据结构中的堆与栈

对于堆与栈，其细分有两类：一类是内存中的，而另一类是数据结构中的。对于数据结构中的堆与栈，其比较简单，我们在此就大致介绍一下。

既然属于数据结构，那么堆与栈应该就是存储数据的一种方式：

栈—叠盘子

数据就像盘子一样，刚开始是从下往上叠，但是需要使用时，就是从上往下区，遵循“后进先出”的原则。

堆—书架取书

堆的实现通过构造二叉堆（binary heap），实为二叉树的一种；由于其应用的普遍性，当不加限定时，均指该数据结构的这种实现。这种数据结构具有以下性质。
- 任意节点小于（或大于）它的所有后裔，最小元（或最大元）在堆的根上（堆序性）。
- 堆总是一棵完全树。即除了最底层，其他层的节点都被元素填满，且最底层尽可能地从左到右填入。
将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。常见的堆有二叉堆、斐波那契堆等
- 由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意，这就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书。

程序的内存分配

一般而言，由C/C++编译的程序其占用的内存可以分为以下5类：

栈区（stack）

由编译器自动分配释放，存放函数参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
通常是用那些在编译期间就能确定其存储大小的变量的存储区，用于在函数作用域内创建、在离开作用域后自动销毁的变量的存储区。通常是局部变量、函数参数等的存储区。它的存储空间是连续的，两个紧挨着的定义的局部变量，它们的存储空间是紧挨着的。栈的大小是有限的，通常Visual C++编译器默认栈的大小是1M（或2M），所以不要定义int a[1000000]这样的超大数组。

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。
通常是用于那些在编译期间不能确定存储大小的变量存储区，它的存储空间是不连续的，一般用malloc（或new）函数来分配内存块，并且需要要free（或delete）释放内存。如果程序员没有释放掉，那么就会出现常说的内存泄漏问题。需要注意的是，两个紧挨定义的指针变量，所指向的malloc出来的内存并不一定是紧挨着的。另外需要注意的一点是，堆的大小几乎是不受限制的，理论上每个程序最大可达4GB。

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。
和“栈”一样，通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的变量的存储区，但它用于的是在整个程序运行期间都可见的全局变量和静态变量。

常量存储区

常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放
和“全局/静态存储区”一样，通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的常量存储区，并且在程序运行期间，存储区内的常量也是全局可见的。这是一块比较特殊的存储区，它们里面放的是常量，不允许被修改。

程序代码区

存放函数体的二进制代码

示例：

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 
}

内存中堆栈的区别

申请和回收方式不同

申请方式：
- 栈：系统自动分配空间
- 堆：程序员自己分配
回收方式：
- 栈：系统自动回收，因而其生命周期只是函数作用域内，离开作用域便自动销毁
- 堆：程序员人为释放，如果不人为释放的话可能会造成内存泄漏。

申请后系统的响应不同

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（stack overflow）。
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。

从而可以看出，堆在申请后还需要一些后续工作，因而效率就不想栈那样高了。

申请效率的不同

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或malloc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。

申请大小的限制不同

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。

堆栈中的存储内容不同

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。【先进后出】
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。

堆栈的存取效率不同

在数据相同的情况下，在栈上的数据比指针所指向的数据存取(例如堆)要快。

Tip：

堆和栈的区别可以引用一位前辈的比喻来看出：

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，它的好处是快捷，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，而且自由度大。

C语言内存管理的几个规则

用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存；
不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用；
避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作；
动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏；
用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。

常见内存错误及其处理方法

内存分配未成功，却使用了它

编程新手常犯这种错误，因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理。
内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它

犯这种错误主要有两个起因：一是没有初始化的观念；二是误以为内存的缺省初值全为零，导致引用初值错误（例如数组）。

内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值，我们宁可信其无不可信其有。所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略，不要嫌麻烦。
内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界

例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for循环语句中，循环次数很容易搞错，导致数组操作越界
忘记了释放内存，造成内存泄露

含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足，你看不到错误。终有一次程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽。

动态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc与free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误（new/delete同理）
释放了内存却继续使用它
- 程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。
- 函数的return语句写错了，注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁。
- 使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”

综上，内存错误可概括为：分配—初始化—越界—释放—NULL

参考资料：