堆栈实现

堆和栈的区别：copy到的

在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。

首先，我们举一个例子：void f() { int* p=new int[5]; }这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operatornew分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：

00401028 push 14h
0040102A call operator new (00401060)
0040102F add esp,4
00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax
00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]
00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。

好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？

主要的区别由以下几点：

管理方式不同；
空间大小不同；
能否产生碎片不同；
生长方向不同；
分配方式不同；
分配效率不同；

管理方式：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（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。

注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

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，在他弹出之前，在他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，这里我们就不再一一讨论了。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alloca函数进行分配，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（具体的算法和操作系统有关）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,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：

代码如下：

package com.qdcz.breadth.demo;

/**
*
* Title: StackA
* Description:堆栈实现类
* <a href="http://blog.csdn.net/fengyifei11228/article/details/5625978">具体资料</a>
* 
* Company:奇点创智 
* Version:1.0 
* @author Administrator
* @date 2017年6月6日下午2:56:05
*/
public class StackA {
Nodes header;
int elementCount;
int size;
public StackA() {
header=null;
elementCount=0;
size=0;
}
public StackA(int size) {
super();
this.header = null;
this.elementCount =0;
this.size = size;
}
public Nodes getHeader() {
return header;
}
public void setHeader(Nodes header) {
this.header = header;
}
public int getElementCount() {
return elementCount;
}
public void setElementCount(int elementCount) {
this.elementCount = elementCount;
}
public int getSize() {
return size;
}
public void setSize(int size) {
this.size = size;
}
/**
*
*Title: isEmpty
*Description: 判断栈是否为空
*@return
*@return boolean
*@author Administrator
*@date 2017年6月6日下午3:13:31
*/
public boolean isEmpty(){
if(elementCount==0)return true;
return false;
}
/**
*
*Title:isFull 
*Description: 判断栈是否已满
*@return
*@return boolean
*@author Administrator
*@date 2017年6月6日下午3:13:55
*/
public boolean isFull(){
if(elementCount==size)return true;
return false;
}
/**
*
*Title:push 
*Description: 压栈
*@param value
*@return void
*@author Administrator
*@date 2017年6月6日下午3:13:00
*/
public void push(Object value){
if(this.isFull()) throw new RuntimeException("stact is full");
header=new Nodes(value,header);
elementCount++;
}
/**
*
*Title:pop 
*Description: 出栈，并返回栈元素
*@return
*@return Object
*@author Administrator
*@date 2017年6月6日下午3:12:19
*/
public Object pop(){
if(this.isEmpty())throw new RuntimeException("stack is empty");
Object obj=header.getElement();
header=header.getNext();
elementCount--;
return obj;
}
/**
*
*Title: peek
*Description: 返回栈顶元素
*@return
*@return Object
*@author Administrator
*@date 2017年6月6日下午3:11:40
*/
public Object peek(){
if(this.isEmpty()) throw new RuntimeException("stack is empty");
return header.getElement();
}
public static void main(String[] args) {
StackA s=new StackA();
s.setSize(4);
s.push(new Nodes(2));
s.push(new Nodes(4));
s.push(new Nodes(3));
System.out.println(s.isFull());
System.out.println(s.isEmpty());

}

}
class Posio{
String name;
String sex;
public Posio(String name, String sex) {
super();
this.name = name;
this.sex = sex;
}

public Posio() {
super();
}

@Override
public String toString() {
return "Posio [name=" + name + ", sex=" + sex + "]";
}

}
class Nodes{
Object element;
Nodes next;
public Nodes(Object element,Nodes node){
this.element=element;
next=node;
}

public Nodes(Object element) {
this(element,null);
}
public Object getElement(){
return element;
}

public Nodes getNext() {
return next;
}

public void setNext(Nodes next) {
this.next = next;
}

public void setElement(Object element) {
this.element = element;
}
}