栈和堆的区别
前面已经介绍过，栈是由编译器在需要时分配的，不需要时自动清除的变量存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。堆是由malloc()函数分配的内存块，内存释放由程序员手动控制，在C语言为free函数完成。栈和堆的主要区别有以下几点：

（1）管理方式不同。

栈编译器自动管理，无需程序员手工控制；而堆空间的申请释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，这个值可以修改。碎片问题：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，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在它弹出之前，在它上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构。生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2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malloca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，无需我们手工实现。分配效率：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。从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果。

（2）空间大小不同。

栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。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，当申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示溢出。因此，用户能从栈获得的空间较小。

堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。因为系统是用链表来存储空闲内存地址的，且链表的遍历方向是由低地址向高地址。由此可见，堆获得的空间较灵活，也较大。栈中元素都是一一对应的，不会存在一个内存块从栈中间弹出的情况。

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。

（3）是否产生碎片。

对于堆来讲，频繁的malloc/free（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（虽然程序在退出后操作系统会对内存进行回收管理）。对于栈来讲，则不会存在这个问题。

（4）增长方向不同。

堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。

（5）分配方式不同。

堆都是程序中由malloc()函数动态申请分配并由free()函数释放的；栈的分配和释放是由编译器完成的，栈的动态分配由alloca()函数完成，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行申请和释放的，无需手工实现。

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。指向堆中分配内存的指针则可能是存放在栈中的。

（6）分配效率不同。

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。堆则是C函数库提供的，它的机制很复杂，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的空间，如果没有足够大的空间（可能是由于内存碎片太多），就有需要操作系统来重新整理内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

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。

（7）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。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。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。

（8）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。栈中的内存是在程序编译完成以后就可以确定的，不论占用空间大小，还是每个变量的类型。

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。

（9）存取效率的比较

1 char s1[] = “a”;
2 char *s2 = “b”;
a是在运行时刻赋值的；而b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。

（10）防止越界发生

无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的

数据存储区域实例
此程序显示了数据存储区域实例，在此程序中，使用了etext、edata和end3个外部全局变量，这是与用户进程相关的虚拟地址。在程序源代码中列出了各数据的存储位置，同时在程序运行时显示了各数据的运行位置，下图所示为程序运行过程中各变量的存储位置。

mem_add.c

1 /* mem_add.c演示了C语言中地址的分布情况 */2 3 #include <stdio.h>4 #include <stdlib.h>5 6 extern void afunc(void);7 extern etext, edata, end;8 9 int bss_var;                    /* 未初始化全局数据存储在BSS区 */
10 int data_var = 42;              /* 初始化全局数据区域存储在数据区 */
11 #define SHW_ADDR(ID, I) printf("the %8s\t is at addr:%8x\n", ID, &I); /* 打印地址 */
12 
13 int main(int argc, char *argv[]) {
14 
15   char *p, *b, *nb;
16   printf("Addr etext: %8x\t Addr edata %8x\t Addr end %8x\t\n", &etext, &edata, &end);
17 
18   printf("\ntext Location:\n");
19   SHW_ADDR("main", main);       /* 查看代码段main函数位置 */
20   SHW_ADDR("afunc", afunc);     /* 查看代码段afunc函数位置 */
21   printf("\nbss Location:\n");
22   SHW_ADDR("bss_var", bss_var); /* 查看BSS段变量的位置 */
23   printf("\ndata Location:\n");
24   SHW_ADDR("data_var", data_var); /* 查看数据段变量的位置 */
25   printf("\nStack Locations:\n");
26 
27   afunc();
28   p = (char *)alloca(32);       /* 从栈中分配空间 */
29   if(p != NULL) {
30     SHW_ADDR("start", p);
31     SHW_ADDR("end", p+31);
32   }
33 
34   b = (char *)malloc(32*sizeof(char)); /* 从堆中分配空间 */
35   nb = (char *)malloc(16*sizeof(char)); /* 从堆中分配空间 */
36   printf("\nHeap Locations:\n");
37   printf("the Heap start: %p\n", b); /* 堆的起始位置 */
38   printf("the Heap end: %p\n", (nb+16*sizeof(char))); /* 堆的结束位置 */
39   printf("\nb and nb in Stack\n");
40 
41   SHW_ADDR("b", b);             /* 显示栈中数据b的位置 */
42   
43   SHW_ADDR("nb", nb);           /* 显示栈中数据nb的位置 */
44   
45   free(b);                      /* 释放申请的空间 */
46   free(nb);                     /* 释放申请的空间 */
47 }

afunc.c

1 /* afunc.c */2 #include <stdio.h>3 #define SHW_ADDR(ID, I) printf("the %s\t is at addr:%p\n", ID, &I); /* 打印地址 */4 void afunc(void) {5   static int long level = 0;    /* 静态数据存储在数据段中 */6   int stack_var;                /* 局部变量存储在栈区 */7   8   if(++level == 5)9     return;
10   
11   printf("stack_var%d is at: %p\n", level, &stack_var);
12   SHW_ADDR("stack_var in stack section", stack_var);
13   SHW_ADDR("level in data section", level);
14   
15   afunc();
16 }

gcc mem_add.c afunc.c进行编译然后执行输出的可执行的文件，可得到如下结果（本机有效）：

然后可以根据地址的大小来进行一个排序，并可视化：

如果运行环境不一样，运行程序的地址与此将有差异，但是，各区域之间的相对关系不会发生变化。可以通过readelf命令来查看可执行文件的详细内容。

readelf -a a.out