一、基础认识
1、栈
什么是栈?它是你的电脑内存的一个特别区域，它用来存储被每一个函数（包括mian（）方法）创建的临时变量。在数据结构中，栈是一种可以实现“先进后出”（或者称为“后进先出”）的存储结构。它密切的被CPU管理和充分利用。每个函数声明一个新的变量，它就会被“推”到栈中。然后每次一个函数退出时，所有关于这个函数中定义的变量都会被释放（换句话说就是删除）。一旦栈中的变量释放，这块区域就会变成可用的，提供给其他栈中的变量。
在实际编程中，可以通过两种方式来实现
使用数组的形式来实现栈，这种栈也称为静态栈；
使用链表的形式来实现栈，这种栈也称为动态栈。
总结栈的特点：
- 栈是先进后出的(FILO)。
- 栈的生长和伸缩就是函数压入或者推出局部变量。
- 我们不用自己去管理内存，变量创建和释放都是自动的。(栈内存是由编译器自动分配与释放的)
- 栈中的变量只有在函数创建运行时存在。
2、堆
堆也是我们的计算机内存中的一个区域，但是他不是自动管理的，它是一片更加自由的内存区域（很大）。要想在堆上创建内存，我们必须使用malloc() 或者calloc（），他们都是C语言编译的。一旦你在堆上分配内存，当你不在需要的时候你必须用free()去销毁。如果你不销毁或者销毁失败，你的程序就会有内存泄露。换句话说就是堆内存会一直在，其他进程无法使用。
总结堆的特点： - 变量可以被全局访问，没有内存大小限制，访问比较慢。
- 没有高效地使用空间，随着块内存的创建和销毁，内存可能会变成碎片。
- 变量大小可以用realloc( )调整。
- 堆内存的创建和销毁都是由程序员操控的。
二、内存分配中的堆和栈
在 C 语言中，内存分配方式不外乎有如下三种形式：
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从静态存储区域分配：它是由编译器自动分配和释放的，即内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在，直到整个程序运行结束时才被释放，如全局变量与 static 变量。
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在栈上分配：它同样也是由编译器自动分配和释放的，即在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元将被自动释放。需要注意的是，栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，它的运行效率一般很高，但是分配的内存容量有限。
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从堆上分配：也被称为动态内存分配，它是由程序员手动完成申请和释放的。即程序在运行的时候由程序员使用内存分配函数（如 malloc 函数）来申请任意多少的内存，使用完之后再由程序员自己负责使用内存释放函数（如 free 函数）来释放内存。也就是说，动态内存的整个生存期是由程序员自己决定的，使用非常灵活。需要注意的是，如果在堆上分配了内存空间，就必须及时释放它，否则将会导致运行的程序出现内存泄漏等错误。
如下代码：
运行结果为:
从运行结果中不难发现，内存中的栈区主要用于分配局部变量空间，处于相对较高的地址，其栈地址是向下增长的；而堆区则主要用于分配程序员申请的内存空间，堆地址是向上增长的。
内存分配中的栈与堆主要区别。
(1) 分配与释放方式
栈内存是由编译器自动分配与释放的，它有两种分配方式：静态分配和动态分配。
静态分配是由编译器自动完成的，如局部变量的分配（即在一个函数中声明一个 int 类型的变量 i 时，编译器就会自动开辟一块内存以存放变量 i）。与此同时，其生存周期也只在函数的运行过程中，在运行后就释放，并不可以再次访问。
动态分配由 alloca 函数进行分配，但是栈的动态分配与堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无需任何手工实现。值得注意的是，虽然用 alloca 函数可以实现栈内存的动态分配，但 alloca 函数的可移植性很差，而且在没有传统堆栈的机器上很难实现。因此，不宜使用于广泛移植的程序中。当然，完全可以使用 C99 中的变长数组来替代 alloca 函数。而堆内存则不相同，它完全是由程序员手动申请与释放的，程序在运行的时候由程序员使用内存分配函数（如 malloc 函数）来申请任意多少的内存，使用完再由程序员自己负责使用内存释放函数（如 free 函数）释放内存。
对栈内存的自动释放而言，虽然堆上的数据只要程序员不释放空间就可以一直访问，但是，如果一旦忘记了释放堆内存，那么将会造成内存泄漏，导致程序出现致命的潜在错误。
(2)、分配的碎片问题
对堆来说，频繁分配和释放（malloc / free）不同大小的堆空间势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量碎片，导致程序效率降低；而对栈来讲，则不会存在这个问题。
(3)、分配的效率
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，例如，分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的执行指令，这就决定了栈的效率比较高。一般而言，只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统就将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
而堆则不同，它是由 C/C++ 函数库提供的，它的机制也相当复杂。例如，为了分配一块堆内存，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节点，然后将该节点从空闲节点链表中删除，并将该节点的空间分配给程序。而对于大多数系统，会在这块内存空间的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的 delete 语句才能正确释放本内存空间。另外，由于找到的堆节点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动将多余的那部分重新放入空闲链表中。很显然，堆的分配效率比栈要低得多。
(4)、申请的大小限制
由于操作系统是用链表来存储空闲内存地址（内存区域不连续）的，同时链表的遍历方向是由低地址向高地址进行的。因此，堆内存的申请大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。
而栈则不同，它是一块连续的内存区域，其地址的增长方向是向下进行的，向内存地址减小的方向增长。由此可见，栈顶的地址和栈的最大容量一般都是由系统预先规定好的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将会提示溢出错误。由此可见，相对于堆，能够从栈中获得的空间相对较小。
(5)、存储的内容
- 静态区：保存自动全局变量和static变量（包括static全局和局部变量）。静态区的内容在总个程序的生命周期内都存在，由编译器在编译的时候分配。
- 栈：保存局部变量。栈上的内容只在函数的范围内存在，当函数运行结束，这些内容也会自动被销毁。其特点是效率高，但空间大小有限。
- 堆：由malloc系列函数或new操作符分配的内存。其生命周期由free或delete决定。在没有释放之前一直存在，直到程序结束。其特点是使用灵活，空间比较大，但容易出错。
C 语言中各类型变量的存储位置和作用域：
- 全局变量。从静态存储区域分配，其作用域是全局作用域，也就是整个程序的生命周期内都可以使用。与此同时，如果程序是由多个源文件构成的，那么全局变量只要在一个文件中定义，就可以在其他所有的文件中使用，但必须在其他文件中通过使用extern关键字来声明该全局变量。
- 全局变量和静态变量。从静态存储区域分配，其生命周期也是与整个程序同在的，从程序开始到结束一直起作用。但是与全局变量不同的是，全局静态变量作用域只在定义它的一个源文件内，其他源文件不能使用。
- 局部变量。从栈上分配，其作用域只是在局部函数内，在定义该变量的函数内，只要出了该函数，该局部变量就不再起作用，该变量的生命周期也只是和该函数同在。
- 局部静态变量。从静态存储区域分配，其在第一次初始化后就一直存在直到程序结束，该变量的特点是其作用域只在定义它的函数内可见，出了该函数就不可见了。
