程序运行时的堆栈与数据结构中的堆栈有何分别

程序运行时的堆栈是指向已经实现堆栈结构的内存空间。

数据结构中的堆栈只是单纯的数据结构。

就好像我们常说某某cpu采用了啥啥架构,其中架构是数据结构,cpu采用啥架构是实现了堆栈结构的内存空间。

 

数据结构是存在于脑海中的即思想,思想最是无力,这时的它就像我们男孩在最穷的时候遇到了那个她。

而当我们有能力的时候,我们就知道数据结构与算法有多迷人了...

 

因为数据结构的实现也仅仅是提供了个内存空间的不同划分,我们还得有算法去找到这个遵从某种数据结构的内存空间中各个结点的数据。两者互为表里,缺一不可。但数据结构与算法还是存在于思想中,它只是告诉我们怎么对数据进行分类架构,以及架构好如何找到该数据。思想要结合实际需求,落实行动才能绽放它的伟光。

以下关于堆栈的理解摘自 https://java-true.iteye.com/blog/1181663 


 栈与堆都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。 


Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。

 
栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。 


栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义: 
int a = 3; 
int b = 3; 


编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找栈中是否有3这个值,如果没找到,就将3存放进来,然后将a指向3。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,因为在栈中已经有3这个值,便将b直接指向3。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。 
这时,如果再令a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4值,如果没有,则将4存放进来,并令a指向4;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。 


要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的,因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的,它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,会影响到另一个对象引用变量。

 
String是一个特殊的包装类数据。可以用: 
String str = new String("abc"); 
String str = "abc"; 


两种的形式来创建,第一种是用new()来新建对象的,它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。 
而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str,然后查找栈中有没有存放"abc",如果没有,则将"abc"存放进栈,并令str指向”abc”,如果已经有”abc” 则直接令str指向“abc”。 


比较类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==,下面用例子说明上面的理论。 
String str1 = "abc"; 
String str2 = "abc"; 
System.out.println(str1==str2); //true 
可以看出str1和str2是指向同一个对象的。 


String str1 =new String ("abc"); 
String str2 =new String ("abc"); 
System.out.println(str1==str2); // false 


用new的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。 
因此用第二种方式创建多个”abc”字符串,在内存中其实只存在一个对象而已. 这种写法有利与节省内存空间. 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = new String("abc");的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。 


另一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = "abc";的格式定义类时,总是想当然地认为,创建了String类的对象str。担心陷阱!对象可能并没有被创建!而可能只是指向一个先前已经创建的对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。 
由于String类的immutable性质,当String变量需要经常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。

 
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Java虚拟机提供了程序运行时环境,运行时环境中最重要的一个资源是运行时数据区。 
运行时数据区是操作系统为Java虚拟机进程分配的内存区域,并由虚拟机管辖,同时这块区域又分为若干个子区域, 
主要包括堆区、方法区和Java栈区。 
在堆区中存放对象, 
在方法区存放类的类型信息,类型信息包括静态变量和方法信息,方法信息中包含类的所有方法的字节码。

栈,有个特点,先进去的后出来,里边放的是进程中正在执行的方法, 
比如说方法 


public void A(){ 
    B(); 

public void B(){ 
    C(); 

public void C(){ 


假设一个程序只调用A()方法,(开始时栈是空的): 

程序运行的时候,先执行A()方法,因为A方法调用了B()方法,这时因为A()没有执行完,中断A()方法,将其放入栈中暂存,(此时因为栈原来是空的,A方法被push进栈后,位于栈底),执行B()方法,执行时因为B方法调用了C()方法,此时中断B方法的执行,将B()方法push入栈,由于栈中已经有A方法,B被push进去后,位于A的上面;C()方法执行完后,去栈中查找位于栈顶的方法,查到是方法B,方法B继续执行,执行完后再去栈中查找位于栈顶的方法,此时栈内只又一个方法,那就是方法A,方法A有继续执行,A执行完后,栈中已经没有方法,程序运行结束。 

假设下边这个柱状的东西是栈 
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|  | 
|B()|---位于栈口最近的方法先被pop出来执行完成 
|A()|---栈底的方法最后执行完 
——— 

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java 的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。 
栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。 

基本数据类型存储在“栈”中,对象引用类型实际存储在“堆”中,在栈中只是保留了引用内存的地址值。


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栈中的数据占内存大小在编译时是确定的,比如一个int类型就占4B,所以变量地址好计算,所以分配和销毁和访问速度都比较快. 
堆中的数据占内存大小一般在编译时是不确定的,在运行时才能知道大小,所以其地址只有在运行时计算,而且运行时可能占内存大小还有变动,所以对这样的数据的分配,销毁和访问都非常不方便,速度也慢一些. 


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栈里放的是地址,堆里可以放数据也可以放地址(想象下堆里的东西也有可能指向别的地方) 
每个地址都会指向给定的数据,不然就没有存在的必要了,同样的道理,堆中的数据没有被指针指向的话,也没有存在的必要了,所以当obj=null时就释放内存了。 
Java有个好处就是没有指针,Java中的传递的都是传引用,不像c++还能传地址,比如指针p++和p+1两个的结果完全不同。 


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栈是编译时分配空间,而堆是动态分配(运行时分配空间),所以栈的速度快 
cpu有专门的寄存器(esp,ebp)来操作栈,堆都是使用间接寻址的。栈快点。


以下是另一种通俗易懂关于堆栈的理解(摘自: https://blog.csdn.net/wolenski/article/details/7951961)

在计算机领域,堆栈是一个不容忽视的概念,我们编写的C语言程序基本上都要用到。但对于很多的初学着来说,堆栈是一个很模糊的概念。堆栈:一种数据结构、一个在程序运行时用于存放的地方,这可能是很多初学者的认识,因为我曾经就是这么想的和汇编语言中的堆栈一词混为一谈。我身边的一些编程的朋友以及在网上看帖遇到的朋友中有好多也说不清堆栈,所以我想有必要给大家分享一下我对堆栈的看法,有说的不对的地方请朋友们不吝赐教,这对于大家学习会有很大帮助。

数据结构的栈和堆

  首先在数据结构上要知道堆栈,尽管我们这么称呼它,但实际上堆栈是两种数据结构:堆和栈。

  堆和栈都是一种数据项按序排列的数据结构。

栈就像装数据的桶或箱子
  我们先从大家比较熟悉的栈说起吧,它是一种具有后进先出性质的数据结构,也就是说后存放的先取,先存放的后取。这就如同我们要取出放在箱子里面底下的东西(放入的比较早的物体),我们首先要移开压在它上面的物体(放入的比较晚的物体)。

堆像一棵倒过来的树
而堆就不同了,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。

内存分配中的栈和堆

  然而我要说的重点并不在这,我要说的堆和栈并不是数据结构的堆和栈,之所以要说数据结构的堆和栈是为了和后面我要说的堆区和栈区区别开来,请大家一定要注意。

  下面就说说C语言程序内存分配中的堆和栈,这里有必要把内存分配也提一下,大家不要嫌我啰嗦,一般情况下程序存放在Rom或Flash中,运行时需要拷到内存中执行,内存会分别存储不同的信息,如下图所示:



  内存中的栈区处于相对较高的地址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,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。

来看一个网上很流行的经典例子:

main.cpp  
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  
}

0.申请方式和回收方式不同
  不知道你是否有点明白了,堆和栈的第一个区别就是申请方式不同:栈(英文名称是stack)是系统自动分配空间的,例如我们定义一个 char a;系统会自动在栈上为其开辟空间。而堆(英文名称是heap)则是程序员根据需要自己申请的空间,例如malloc(10);开辟十个字节的空间。由于栈上的空间是自动分配自动回收的,所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中,运行后就释放掉,不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间,就一直可以访问到,不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。还有其他的一些区别我认为网上的朋友总结的不错这里转述一下:

1.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,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。  
  也就是说堆会在申请后还要做一些后续的工作这就会引出申请效率的问题。


2.申请效率的比较
根据第0点和第1点可知。


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。

3.申请大小的限制栈: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。

4.堆和栈中的存储内容
由于栈的大小有限,所以用子函数还是有物理意义的,而不仅仅是逻辑意义。

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。  
  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。

关于存储内容还可以参考这道题。这道题还涉及到局部变量的存活期。

5.存取效率的比较char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";  
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";  
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;放在栈中。  
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;放在堆中。  
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。  
比如:  
#include  
void main()  
{  
char a = 1;  
char c[] = "1234567890";  
char *p ="1234567890";  
a = c[1];  
a = p[1];  
return;  
}  
对应的汇编代码  
10: a = c[1];  
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]  
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl  
11: a = p[1];  
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]  
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]  
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

关于堆和栈区别的比喻
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,他的好处是快捷,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。比喻很形象,说的很通俗易懂,不知道你是否有点收获。

原文地址:https://www.cnblogs.com/caihongmin/p/10451383.html