【C语言】数据结构和内存中的堆和栈
致读者：
首先我们可以先看看这篇Blog ： 动态内存分配malloc，realloc，calloc区别
一、数据结构中的栈与堆：
堆和栈在数据结构中是两种不同的数据结构，两者都是数据项按序排列的数据结构。
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栈：像是装数据的桶或者箱子
栈是大家比较熟悉的一种数据结构，它是一种具有后进先出的数据结构，也就是说后存放的先取，先存放的后取，这就类似于我们要在取放在箱子底部的东西（放进去比较早的物体），我们首先要移开压在它上面的物体（放入比较晚的物体）。
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堆：像是一颗倒立的大树
堆是一种经过排序的树形数据结构，每个节点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构是指完全二叉树。堆的特点是根节点的值最小（或最大），且根节点的两个树也是一个堆。由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意的，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。
二、内存分配中的堆和栈：
内存中：
- 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.空间是自动分配自动回收的。
- 堆区是向上增长的,用于分配程序员申请的内存空间，需要程序员自己回收释放，否则易造成内存泄漏。如图：
区别：
- 1.申请释放方式
在申请内存和释放内存方式方面，堆和栈有着很大的不同：
- 栈是编译器自动申请的，例如在主函数里面，要声明一个int变量a，那么编译器就自动开辟一块内存存放变量a，空间在程序结束的时候由系统或者编译器自动释放。
- 堆则不相同，是由程序员手动申请的，只要程序员感觉程序此处需要用到多大的内存空间，那么就使用malloc或者new来申请固定大小的内存使用，其空间是在程序结束前由程序员手动使用free/delete释放，或者忘记手动释放，由系统在程序结束的时候自动回收。
- 2.申请后系统的相应
- 栈，只要栈剩余的空间大小比申请的空间大，系统就自动为其分配空间，否则就会报错说明栈空间溢出。
- 堆，首先要知道操作系统中有一个存放空闲存储块的链表，当程序员申请空间的时候，系统就会遍历整个链表，找到第一个比申请空间大的空闲块节点，系统会将该空闲块从空闲链表中删除，分配给程序，同时系统会记录这个空闲块的首地址和申请的大小，当程序员使用free/delete释放该空间的时候能够找到该存储区。另外，申请的空间不一定与找到的空闲块大小相同，多出来剩余的空闲区会被系统重新添加到空闲链表中。
- 3.申请的限制
- 栈，是一种向低地址扩展的数据结构，并且是连续的存储空间，所以栈顶和栈的最大容量是固定的，在windows下，栈的最大容量是2m或者是1m，是在编译的时候就已经确定的，当申请空间大于栈的剩余空间的时候，就会报错说明overflow，所以栈能够申请的空间是比较有限的。
- 堆，是一种向高地址扩展的数据结构，并且是不连续的，因为系统采用的是链表的方式存放空闲存储块，当然是不连续的，链表的遍历方向是由低向高的，所以堆能够申请的空间的大小其实等同于整个系统的虚拟内存，只要还有内存空间，那么堆就能够不受限制的申请空间，这种方式比较灵活，申请空间也较大。
- 4.申请效率的比较
- 栈，因为栈空间的申请是由系统自动完成的，所以速度快，但是不受程序员控制。
- 堆，空间的申请是由malloc或new来完成的，实现起来较慢，能够产生内存碎片，但是使用起来方便。
- 5.存放内容
- 栈，栈存放的内容，一般来说是函数地址和相关参数。当主函数要调用一个函数的时候，要对当前断点进行保存，需要使用栈来实现，首先入栈的是主函数下一条语句的地址，然后是调用函数的参数，一般情况下是按照从右向左的顺序入栈，之后是调用函数的局部变量，注意静态变量是存放在全局内存区，是不入栈的；出栈的顺序正好相反，最终栈顶指向主函数下一条语句的地址，主程序又从该地址开始执行。
- 堆，一般情况堆顶使用一个字节的空间来存放堆的大小，而堆中具体存放内容是由程序员来完成的。
补充：
全局变量、局部变量、全局静态变量、局部静态变量的区别。
要从分配内存的位置和作用域入手来解释。
- 全局变量，分配的内存在静态存储区内存上面，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，同时，有些程序并不是由一个源文件构成的，可能有许多个源文件构成，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，当然，必须在其他文件使用extern关键字声明该变量。
- 局部变量，分配内存是分配在栈存储区上的，其作用域也只是在局部函数内，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。
- 全局静态变量，分配的内存与全局变量一样，也是在静态存储内存上，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它。
- 局部静态变量，分配的内存也是在静态存储内存上的，其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。
结语
任何你不努力的理由，都可能成为你成功路上的火焰山！