C++、java都将线程共享的变量等放到堆内存中，为什么选择堆这种数据结构?

一、C++、java为什么选择堆这种数据结构

效率：执行堆排序所需的时间呈对数增长，而其他算法可能随着要排序的元素数量的增加而呈指数级增长。这种排序算法非常有效。

内存使用: 内存使用是最小的，因为除了保存要排序的元素的初始列表所必需的东西之外，它不需要额外的内存空间来工作

简单性: 它比其他同样有效的排序算法更容易理解，因为它不使用先进的计算机科学概念，如递归。

堆排序(HeapSort)基本概念

堆排序是一种基于二叉堆(binary heap)数据结构的基于比较的排序技术。它类似于选择排序，先找到最小的元素，然后把最小的元素放在最开始, 然后对其余元素重复相同的过程。

堆的介绍详见数据结构–Heap介绍及Java代码的实现示例

由于二叉堆是一棵完整的二叉树，所以它可以很容易地表示为数组，而基于数组的表示方式非常节省空间。如果父节点存储在索引I，左边的子节点可以用2 * I + 1计算，右边的子节点可以用2 * I + 2计算(假设索引从0开始)。

堆排序是一种in-place算法，排序后，相同的元素无法保证相对的顺序，即是不稳定的。

延伸阅读：

二、堆和栈的不同

1、分配方式不同：

栈: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间

堆: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数

如p1 = (char *)malloc(10);

在C++中用new运算符

如p2 = (char *)new(10);

但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2、空间大小不同：

一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。

3、分配效率不同：

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：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执 行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考 数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的 内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

4、碎片问题：

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

堆：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，寻找名列前茅个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块 内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的 大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出。

5、生长方向：

对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用较广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。

声明：本站稿件版权均属千锋教育所有，未经许可不得擅自转载。