堆和栈的区别

  • 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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