堆区与栈区

Heap(堆) 与 Stack(栈)

参考：

• StackOverflow
• 公众号-码农的荒岛求生，程序员应如何理解内存：中篇

堆与栈的本质是什么

在编程语言中，堆区和栈区本质上都是内存，因此二者在本质上没有任何区别，只不过这两块内存的使用方式是不一样的。

在数据结构与算法中，我们也有堆和栈的概念，但那里指的不是内存，而是两种数据结构。

你可能会想，我们为什么要费尽心力的提出堆和栈这两个概念呢？之所以需要区分两种内存用法，根源在于：内存是有限的。

如果计算机内存是无限的，那么我们根本就不用这么麻烦的给内存划分两个区域，在其中的一个区域中这样使用内存，另一区域那样使用内存，这些都是不需要的。即使在今天 PC 内存普遍都在 8G、16G，这依然是不够的，因此我们需要合理的来安排内存的使用，堆和栈就是为达到这一目的而采用的技术。

你会发现栈其实是一种非常巧妙的内存使用方法。函数调用完成后，函数运行过程中占用的内存就会被释放掉，这样，只要程序员代码写的合理 (栈帧不至于过大)，那我们程序就可以一直运行下去，而不会出现内存不足的现象。程序员在栈区不需要担心内存分配释放问题，因为这一切都是自动进行的。而如果程序员想自己控制内存，那么可以选择在堆上进行内存分配。因此这里提供了两种选择，一种是 “自动的”，一种是 “手动的”，目的都是在合理使用内存的同时提供给程序员最大的灵活性。

堆和栈是计算机科学中很优秀的设计思想，这种设计思想充分的体现了计算机如何合理且灵活的使用有限资源。

堆区和栈区对 C/C++ 程序员来说就是实实在在的内存，而对于 Java、Python 等语言的程序员来说又该如何理解内存呢?

Rust 中的 Stack 与 Heap

参考：

• 英文
• 非官方中文

在很多语言中，你并不需要经常考虑到栈与堆。不过在像 Rust 这样的系统编程语言中，值是位于栈上还是堆上在更大程度上影响了语言的行为以及为何必须做出这样的抉择。我们会在本章的稍后部分描述所有权与栈和堆相关的内容，所以这里只是一个用来预热的简要解释。

栈和堆都是代码在运行时可供使用的内存，但是它们的结构不同。栈以放入值的顺序存储值并以相反顺序取出值。这也被称作 后进先出（last in, first out）。想象一下一叠盘子：当增加更多盘子时，把它们放在盘子堆的顶部，当需要盘子时，也从顶部拿走。不能从中间也不能从底部增加或拿走盘子！增加数据叫做 进栈（pushing onto the stack），而移出数据叫做 出栈（popping off the stack）。

栈中的所有数据都必须占用已知且固定的大小。在编译时大小未知或大小可能变化的数据，要改为存储在堆上。堆是缺乏组织的：当向堆放入数据时，你要请求一定大小的空间。操作系统在堆的某处找到一块足够大的空位，把它标记为已使用，并返回一个表示该位置地址的 指针（pointer）。这个过程称作 在堆上分配内存（allocating on the heap），有时简称为 “分配”（allocating）。将数据推入栈中并不被认为是分配。因为指针的大小是已知并且固定的，你可以将指针存储在栈上，不过当需要实际数据时，必须访问指针。

想象一下去餐馆就座吃饭。当进入时，你说明有几个人，餐馆员工会找到一个够大的空桌子并领你们过去。如果有人来迟了，他们也可以通过询问来找到你们坐在哪。

入栈比在堆上分配内存要快，因为（入栈时）操作系统无需为存储新数据去搜索内存空间；其位置总是在栈顶。相比之下，在堆上分配内存则需要更多的工作，这是因为操作系统必须首先找到一块足够存放数据的内存空间，并接着做一些记录为下一次分配做准备。

访问堆上的数据比访问栈上的数据慢，因为必须通过指针来访问。现代处理器在内存中跳转越少就越快（缓存）。继续类比，假设有一个服务员在餐厅里处理多个桌子的点菜。在一个桌子报完所有菜后再移动到下一个桌子是最有效率的。从桌子 A 听一个菜，接着桌子 B 听一个菜，然后再桌子 A，然后再桌子 B 这样的流程会更加缓慢。出于同样原因，处理器在处理的数据彼此较近的时候（比如在栈上）比较远的时候（比如可能在堆上）能更好的工作。在堆上分配大量的空间也可能消耗时间。

当你的代码调用一个函数时，传递给函数的值（包括可能指向堆上数据的指针）和函数的局部变量被压入栈中。当函数结束时，这些值被移出栈。

跟踪哪部分代码正在使用堆上的哪些数据，最大限度的减少堆上的重复数据的数量，以及清理堆上不再使用的数据确保不会耗尽空间，这些问题正是所有权系统要处理的。一旦理解了所有权，你就不需要经常考虑栈和堆了，不过明白了所有权的存在就是为了管理堆数据，能够帮助解释为什么所有权要以这种方式工作。

知乎文章

原文连接: https://zhuanlan.zhihu.com/p/58191270 - 已失效

1、栈区（stack）

由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等，内存的分配是连续的，类似于平时我们所说的栈，如果还不清楚，那么就把它想成数组，它的内存分配是连续分配的，即，所分配的内存是在一块连续的内存区域内．当我们声明变量时，那么编译器会自动接着当前栈区的结尾来分配内存．

2、堆区（heap）

一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收．类似于链表，在内存中的分布不是连续的，它们是不同区域的内存块通过指针链接起来的．一旦某一节点从链中断开，我们要人为的把所断开的节点从内存中释放．

3、全局区（静态区）（static）

全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 程序结束后由系统释放

4、文字常量区

常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放

5、程序代码区

存放函数体的二进制代码。

二.堆和栈的区别

1.申请方式不同栈：有系统自动分配。例如：在函数中定义一个局部变量 int a = 0; 系统会在栈上自动开辟相应大小

注意：系统首先会去查看栈上是否有足够的区域去开辟该空间，如果有就直接开辟，如果没有则栈溢出

堆：由程序员自己去申请开辟，并且指明大小。(利用 new/malloc)

2.申请大小的限制

栈：在 Windows 下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS 下，栈的大小是 2M（也有的说是 1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示 overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

3.申请效率的比较：

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆：是由 new/malloc 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.（new/malloc 后一定要显示的调用 free/delete 去释放内存） 另外，在 WINDOWS 下，最好的方式是用 VirtualAlloc 分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

4.堆和栈中的存储内容

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的 C 编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。 堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

5.底层不同

栈：是连续的空间

堆：不是连续的空间

请注意：在栈上所申请的内存空间，当我们出了变量所在的作用域后，系统会自动我们回收这些空间，而在堆上申请的空间，当出了相应的作用域以后，我们需要显式 的调用 delete 来释放所申请的内存空间，如果我们不及时得对这些空间进行释放，那么内存中的内存碎片就越来越多，从而我们的实际内存空间也就会变的越 来越少，即，孤立的内存块越来越多．在这里，我们知道，堆中的内存区域不是连续的，还是将有效的内存区域经过链表指针连接起来的，如果我们申请到了某一块 内存，那么这一块内存区将会从连续的（通过链表连接起来的）内存块上断开，如果我们在使用完后，不及时的对它进行释放，那么它就会孤立的开来，由于没有任 何指针指向它，所以这个区域将成为内存碎片，所以在使用完动态分配的内存（通过 NEW 申请）后，一定要显式的对它进行 DELETE 删除．对于这一点，一定 要切记．．．