堆栈堆栈，什么是堆？什么又是栈？什么又是堆栈？
它们的底层分配机制又是怎么样的？
此文我将带着你从内存布局的角度弄懂程序的堆和栈。
程序运行时的内存布局
当我们写好的程序被运行时，操作系统会将程序加载到内存中并为程序分配虚拟地址空间。
同时加载器会为程序分配以下几个内存区域。从低地址开始，首先是代码段，接着是数据段。
接下来是堆空间，堆空间在程序运行时动态分配，它的增长方向是向高地址增长。
然后是栈空间，栈空间也是在程序运行时分配，从地址空间的高地址开始，向低地址增长。
C++中栈内存与堆内存的分配方式
首先我们从代码的角度来理解如何在C++中分配堆和栈内存空间。
首先我们定义一个INT型变量VAR1，并赋值6：
int var1 = 6;
它会在栈空间分配一个占用4个字节的int。
但如果我们需要在堆上分配一个同样类型的内存，我们需要这样做：
int *pvar1 = new int;
*pvar1 = 6;
在堆上分配内存时，我们使用了NEW操作符。
数组在栈与堆上的分配对比
现在我们再来在栈空间上分配一个5个元素的INT型数组，我们需要这样写：
int array[5];
array[0] = 1;
array[1] = 2;
array[2] = 3;
array[3] = 4;
array[4] = 5;
那如果需要在堆空间上申请一个5个元素的INT型数组，我们需要这样做：
int *parray = new int[5];
parray[0] = 1;
parray[1] = 2;
parray[2] = 3;
parray[3] = 4;
parray[4] = 5;
变量分配示例与内存观察
我们在栈空间再分配一个INT型变量，并赋值为7：
int var2 = 7;
然后再在堆空间分配一个INT型变量，也赋值为7：
int *pvar2 = new int;
*pvar2 = 7;
现在我们在这里设置一个断点，然后运行程序。
我们拷贝变量var1，然后把它粘贴到内存窗口的地址栏中，并在前边加上取地址符&，这样我们就能把这个变量的地址取出来并查看它的内存 &var1。
可以看到，它内存的值是06。
然后我们按F10单步运行程序下一行，如果你看过我之前关于内存的视频，你应该会知道，此时单步运行了一行，内存中的值应该被修改了。
那么内存应该变成红色，但是现在看到内存中并没有显示红色的地址，这是为什么呢？
其实，你只需要把内存窗口往上滚一滚，也就是向内存的低地址滚动一点。看到了吧，它前边的内存被修改了。
好，我们再继续按F10单步走一行，现在这里被修改为2。
我们继续单步运行，把后边几行运行完。看到了吧，它是往低地址的内存空间去填充的。
栈内存的分配特点
那么到这里你应该明白了一点，栈空间的内存分配方向是从内存的高地址向低地址分配的，并且栈内存的分配是连续的。
补充一点，也许细心的你也发现了在这些变量之间还夹杂着一些CC的未初始化的内存，其实这些是调试模式下调试器为了防止内存溢出所添加的。调试器通过检测这些内存区的变化，帮助你快速发现问题。
堆内存的分配特点
好，现在我们再来看看堆内存的分配情况，我们继续运行程序。
这里是为了一个INT申请堆内存，它占用4个字节。我们看一下它的内存地址是0x014fa560。
我们继续运行，这一行申请另一块堆空间, 它的内存地址是0x0141a650。
从这2个地址对比来看，它们并没有连续在一起。
我们再往下运行，pvar2申请到的内存地址是0x0141a690。
那到这里你就能明白了，堆内存并不会连续分配，每次申请到的内存地址可能会相差很远，并且它是从低地址向高地址分配的。
汇编层面看堆栈分配差异
好，现在，我们进入到汇编模式下看看。
可以看到，我们这条对栈空间的var1变量的操作只有简单的一行汇编指令就完成了，为什么会这么简单呢？
这是因为 var1 它分配在栈空间上，对它进行读取操作时，其实只需要用一个相对于 栈帧基址的偏移量就可以了。
我们再看看下边申请堆内存的代码，可以看到一条NEW代码，有这么多行汇编，而且它还要再调用一次NEW操作符。
这是因为在堆内存的分配时需要支持动态大小，分配器需要找到足够大的空闲内存块。这涉及复杂的查找算法，例如 首次适配、最佳适配 或 分割空闲块 等。
同时堆分配需要从用户态切换到内核态执行。并最终依赖系统调用（如 brk 或 mmap）来扩展堆空间。系统调用的代价很高。
所以堆内存操作相对栈内存来说是非常耗时的，这也是为什么在高性能程序开发时需要采用内存池的原因。
常见误区与使用注意事项
在早期的计算机书籍中，由于翻译的问题，有时会用堆栈来称呼栈，给后来学习者带来了一些困惑。
其实堆（Heap）和栈（Stack）是两种不同的内存分配方式，务必要弄清楚。
另外默认情况一下，编译器分配给线程的栈空间是1M大小，如果你分配一个过大的临时变量则会导至栈溢出。
当然你也可以在编译器中指定默认的线程栈空间大小，但不建议这么做，如果需要更大的内存空间，应该考虑使用堆内存。
最后，当我们使用完堆内存的时候，一定要调用DELETE或者FREE来释放内存，不然就会造成内存泄漏。
但是栈内存，当代码的作用域结束时，它就会自动释放，不需要担心内存泄漏。
总结
关于堆和栈，现在你有更深入的认识了吗？
