堆结构

堆与栈的区别：

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1. 栈空间是在程序设计时已经规定好怎么使用，使用多少内存空间的。
2. 堆是一种在程序运行时动态分配的内存。
3. 堆是需要程序员自己通过malloc、new等函数自己申请的，根据程序的运行环境和申请的大小也有可能申请失败。
4. 一般我们通过一个堆指针来使用所申请到的堆内存，进行读、写、释放等操作。
5. 使用完成后需要把堆指针传给释放函数（free、delete）来回收这片内存，否则会造成内存泄漏。

堆的数据结构与管理策略

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• 堆块：堆区的内存按大小不同组织成堆块，以堆块为单位进行标识。一个堆块包括两个部分：块首和块身。块首是一个堆块头部的几个字节，用来标识这个堆块自身的信息，例如：大小、是否空闲；块身紧跟在块首后面，是分配给用户使用的数据区。

• 堆管理系统所返回的指针一般指向块身的起始位置

• 堆表：堆表一般位于堆区的起始位置，用于索引堆区中所有堆块的重要信息，堆表的数据结构决定了整个堆区的组织方式，是快速检索空闲块、保证堆分配效率的关键。现代操作系统的堆表往往不止一种数据结构。

  

堆的内存组织

• 在Windows中，占用态的堆块被使用他的程序索引，而堆表只索引所有空闲态的堆块。其中，最重要的堆表有两种：空闲双向链表Freelist（简称 空表），和快速单向链表Lookaside（简称 快表）。

1. 空表

​ 空闲堆块的块首中包含一对重要的指针，这对指针用于将空闲堆块组织成双向链表。按照堆块的大小不同，空表总共被分成128条。

​ 堆区一开始的堆表区中有一个128项的指针数组，被称做空表索引。该数组的每一项包括两个指针，用于标识一条空表。

​ 空表索引的第二项（free[1])标识了堆中所有大小为8字节的空闲堆块，之后每个索引项递增8个字节，空闲堆块的大小 = 索引项（ID） 8（字节）*

​ 把空闲堆块按照大小链入不同的空表，可以方便堆管理系统高校检索指定大小的空闲堆块。空表索引的第一项比较特殊，这条双向链表链入了所有大于等于1024字节的堆块（小于512KB）。这些堆块按照大小依次排列。

空闲双向链表（Freelist）

2. 快表

​ 快表是Windows为了加速堆块分配而采用的一种堆表。这类单向链表从来不会发生堆块合并（其中的空闲块块首被设置为占用态，用来防止对快合并）。

​ 快表也有128条，组织结构与空表类似，只是其中的对快按照单链表组织。快表总是被初始化为空，而且每条快表最多只有4个节点，故很快就会被填满。

​ 堆中的操作可以分为堆块分配、堆块释放和堆块合并三种。其中“分配”和“释放”是在程序中提交申请和执行的，而堆块合并则是由堆块管理系统自动完成的。

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快速单向链表(Lookaside)