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堆和栈的区别

刀耕火种 2023-03-28 原文
  • 栈区（stack）：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值、局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
  • 堆区（heap）：一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。它与数据结构中的堆是两回事，分配方式类似于链表。
  • 区别
    • 申请方式
      • 栈：由系统自动分配。例如在声明函数的一个局部变量 b := 0，系统会自动在栈中为 b 开辟空间。
      • 堆：需要程序员自己申请，并指明大小，在 C 中用 malloc 函数，在 C++ 中用 new 运算符，在 Go 语言中，使用逃逸分析决定哪些变量应该在栈上分配，哪些变量应该在堆上分配，其中包括使用 new、 make 和字面两等方法隐式分配的内存。Go 语言的逃逸分析遵循以下两个不变性：
        1. 指向栈对象的指针不能存在于堆中；
        2. 指向栈对象的指针不能在栈对象回收后存活；
    • 申请后系统的相应
      • 栈：只要栈的剩余空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
      • 堆：操作系统有一个记录空间内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点，然后将节点从内存空闲节点链表中删除，并将该节点的空间分配给程序。对于大多数操作系统，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，由于找到对节点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动地将多余的那部分重新放入链表中。
    • 申请大小限制
      • 栈：在 Windows 下，栈是向低地址拓展的数据结构，是一块连续的内存的区域。站定地址和栈的大小是系统预先规定好的，如果申请的内存空间超过栈的剩余空间。将提示栈溢出。
      • 堆：堆是向高地址拓展的内存结构，是不连续的内存区域。是系统用链表存储空闲内存地址的不连续空间。
    • 申请效率的比较
      • 栈：由系统自动分配，速度较快，但程序员无法控制。
      • 堆：由程序分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来方便。
    • 堆和栈的存储内容
      • 栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数的下一条指令（函数调用的下一个可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数。在 C 编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数的局部变量。静态变量不入栈。
      • 堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。数据结构方面，这里的堆是指优先队列的一种数据结构，第一个元素有最高的优先权。
  • 总结
    • heap 是堆，stack 是栈；
    • stack 的空间由操作系统自动分配和释放，heap 上的空间由程序分配和释放。
    • stack 空间有限，heap 是很大的自由内存区。
    • 不同语言对于堆的创建有不同的方式，在 C 中用 malloc 函数，在 C++ 中用 new 运算符，在 Go 语言中，使用逃逸分析决定哪些变量应该在栈上分配，哪些变量应该在堆上分配，其中包括使用 new、 make 和字面两等方法隐式分配内存。
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