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数据结构中的堆、栈和队列

内存申请中的堆和栈

一个C/C++程序占用的内存如下：

申请内存后的响应

申请大小的限制 

申请效率的比较

堆和栈中的存储内容 

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数据结构中的堆、栈和队列

堆：堆是一种经过排序的树形数据结构，每个结点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构，是指二叉堆。堆的特点是根结点的值最小（或最大），且根结点的两个子树也是一个堆。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。

栈：又名堆栈，是一种运算受限的线性表。只允许在栈顶插入和删除元素。栈顶是低位，栈底是高位。栈中没有元素时称为空栈，栈符合先进后出原则(LIFO,last in first out)。
实质：线性表
操作： push  、pop

队列：也是一种运算受限的线性表。 特殊之处在于它只允许在队列的前端（front，队头）进行删除操作，而在队列的后端（rear，队尾）进行插入操作。当队列中没有元素时，即front=rear，称为空队列。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。队列符合先进先出(FIFO—first in first out)原则
实质：线性表

内存申请中的堆和栈

堆：堆是在程序运行时，而不是在程序编译时，申请的某个大小的内存空间。即动态分配的内存，对其访问和对一般内存的访问没有区别。堆是应用程序在运行的时候请求操作系统分配给自己的内存，一般是申请/给予的过程，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：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈

作用：暂时存储数据的地方，用来在函数调用的时候存储断点
栈在程序的运行中有着举足轻重的作用。最重要的是栈保存了一个函数调用时所需要的维护信息，这常常称之为堆栈帧或者活动记录。堆栈帧一般包含如下几方面的信息：
1．函数的返回地址和参数
2．临时变量：包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

内存中的栈区处于相对较高的地址。如果以地址的增长方向为上的话，栈地址是向下增长的，栈中分配局部变量空间。而堆区是向上增长的用于分配程序员申请的内存空间。另外还有静态区是分配静态变量，全局变量空间的；只读区是分配常量和程序代码空间的；以及其他一些分区。

一个C/C++程序占用的内存如下：

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。其操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
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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int a=0;                         //可读写区：全局变量
void main(){char*d="123456";            //栈区：系统自动分配的static int e=0;             //可读写去：静态变量char*p1=(char*)malloc(10);  //堆区：程序员申请的const float PI=3.1415;      //只读区：常量
}   

申请内存后的响应

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。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。

申请大小的限制 

栈：在Windows中，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。

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快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

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。堆中的具体内容有程序员安排。