关于栈和堆的定量分析（★firecat推荐★）

文章来源：http://blog.csdn.net/bigbug_zju/article/details/39525281

计算机系统中的堆和栈是跟程序员最密切的两个概念。如果没有栈和堆的概念，下面程序的错误就不知道其所以然。

#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
    int a[1024][1024];

    system("pause");
    return 0;
}

消耗栈空间主要有两种操作：函数调用和局部变量。在写递归程序时，大家就容易碰到栈空间溢出的情况。上述代码就是局部变量申请引发栈溢出错误的例子。在vs2008中测试，具体的错误名称为：stack overflow，即栈发生溢出，也就是说申请的空间a[1024][1024]超出了栈的大小，所以出现栈溢出的错误。

此处我们好奇的一个问题是，栈到底有多少大呢？通过下述的代码，在vs2008下的输出为1011kB;

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;

int stackApp(int & count)
{
    int a=1;

    while(1)
    {
        _asm{ push a} //消耗栈空间；
        count++;
    }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int count = 0;

    __try{
        stackApp(count);
    }
    __except(GetExceptionCode()==STATUS_STACK_OVERFLOW ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){
        cout<<"exception"<<endl;
        cout<<"the count is "<<(count*4/1024)<<"kB"<<endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

读者仔细阅读上述代码的话，可能会觉得有问题。因为调用stackApp也会涉及对栈的操作，消耗栈的空间，但是此处基本上没有影响，一次函数调用消耗的栈空间十分有限（几个字节而已）。经过上述实验，大家对于栈空间的大小，应该有丰满的概念了。

下一个问题就是：如果申请的空间过大，栈不够，那该怎么处理呢？这就要说到堆，我们平常使用的malloc语句就是在堆上进行空间申请，一般申请几百兆空间也不是问题。下面的代码回答了一个问题：在堆上可以最大可申请多少的空间？

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#define UNIT (100*1024*1024)

int main(int argc, char* argv[])
{
    unsigned long max = 0;
    char* p = NULL;

    while(1){
        max++;
        p = (char*)malloc(max*UNIT);

        if(p != NULL){   //申请成功输出一个1；
            printf("%d ", 1);
            free(p);
        }else{
            printf("frame size: %ld
", max-1); //输出申请的最大空间；
            break;
        }
    }
    getchar();
    return 0;
}

上述代码在我的Windows xp，vs2008，内存4G的ThinkPad系统上，最终能够申请的最大空间为1.7G；至于为什么只能申请到这么大空间，可参见《程序员的自我修养》pg309。

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1、栈大小固定（编译时确定），堆的大小实际上（运行时）动态变化的，但有理论最大值：进程空间大小-内核空间大小-栈大小-全局空间。
linux系统下默认栈大小是10M，windows系统下默认栈大小是1M。windows下用vs2010编译C++程序时,编译属性中可以重新设定栈大小.
堆的话,理论上内存有多大,就可以建多大.但32位的程序在64位系统上运行的时候,一个进程的堆大小应该是不可以超过4G的.

2、Windows每个线程的栈都是独立的，一个进程有多少个线程就有多少个栈（问题：啥意思，我一直以为每个函数都有自己的栈）。

3、Win32一个进程一次性能够分配最大的堆空间取决于最大的那个堆。Windows进程地址空间分布有heap0~heap5（头一次听说Windows的堆是有限的）。heap5是最大的堆，大小约1.5GB~1.7GB。

4、VS2010工程属性-链接器-系统-堆栈保留大小，可以修改栈大小。

5、栈：由系统自动分配，速度较快；栈向低地址扩展，内存连续。栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的。

堆：由程序员new分配，速度较慢，容易产生内存碎片。堆向高地址扩展，不连续。堆的大小受限于电脑的虚拟内存。