堆(heap)和棧(stack)是C/C++編程不可避免會碰到的兩個基本概念。首先，這兩個概念都可以在講數據結構的書中找到，他們都是基本的數據結構，雖然棧更為簡單一些。
在具體的C/C++編程框架中，這兩個概念並不是並行的。對底層機器代碼的研究可以揭示，棧是機器系統提供的數據結構，而堆則是C/C++函數庫提供的。
具 體地說，現代計算機(串行執行機制)，都直接在代碼底層支持棧的數據結構。這體現在，有專門的寄存器指向棧所在的地址，有專門的機器指令完成數據入棧出棧 的操作。這種機制的特點是效率高，支持的數據有限，一般是整數，指針，浮點數等系統直接支持的數據類型，並不直接支持其他的數據結構。因為棧的這種特點， 對棧的使用在程序中是非常頻繁的。對子程序的調用就是直接利用棧完成的。機器的call指令裡隱含了把返回地址推入棧，然後跳轉至子程序地址的操作，而子 程序中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址並跳轉之的操作。C/C++中的自動變量是直接利用棧的例子，這也就是為什麼當函數返回時，該函數的自動變 量自動失效的原因(因為堆棧恢復了調用前的狀態)。
和棧不同，堆的數據結構並不是由系統(無論是機器系統還是操作系統) 支持的，而是由函數庫提供的。基本的malloc/realloc/free函數維護了一套內部的堆數據結構。當程序使用這些函數去獲得新的內存空間時， 這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的內存空間，如果沒有可以使用的內存空間，則試圖利用系統調用來動態增加程序數據段的內存大小，新分配得到的空間首先 被組織進內部堆中去，然後再以適當的形式返回給調用者。當程序釋放分配的內存空間時，這片內存空間被返回內部堆結構中，可能會被適當的處理(比如和其他空 閒空間合併成更大的空閒空間)，以更適合下一次內存分配申請。這套複雜的分配機制實際上相當於一個內存分配的緩衝池(Cache)，使用這套機制有如下若 干原因：
1. 系統調用可能不支持任意大小的內存分配。有些系統的系統調用只支持固定大小及其倍數的內存請求(按頁分配)；這樣的話對於大量的小內存分類來說會造成浪費。
2. 系統調用申請內存可能是代價昂貴的。系統調用可能涉及用戶態和核心態的轉換。
3. 沒有管理的內存分配在大量複雜內存的分配釋放操作下很容易造成內存碎片。
堆和棧的對比
從 以上知識可知，棧是系統提供的功能，特點是快速高效，缺點是有限制，數據不靈活；而堆是函數庫提供的功能，特點是靈活方便，數據適應面廣泛，但是效率有一 定降低。棧是系統數據結構，對於進程/線程是唯一的；堆是函數庫內部數據結構，不一定唯一。不同堆分配的內存邏輯上無法互相操作。棧空間分靜態分配和動態 分配兩種。靜態分配是編譯器完成的，比如自動變量(auto)的分配。動態分配由alloca函數完成。棧的動態分配無需釋放(是自動的)，也就沒有釋放 函數。為可移植的程序起見，棧的動態分配操作是不被鼓勵的！堆空間的分配總是動態的，雖然程序結束時所有的數據空間都會被釋放回系統，但是精確的申請內存 /釋放內存匹配是良好程序的基本要素。
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