[譯]棧和堆的區別

棧和堆的區別

中文原文：棧和堆的區別
英文原文：Memory：Stack vs Heap

校對：xiaobai22

目錄

• 棧和堆的區別
• 棧
• 堆

• 棧和堆的優缺點

  • 棧
  • 堆
• 例子
• 何時使用堆
• 關聯文章

棧和堆的區別

到目前爲止，咱們已經知道如何聲明基礎變量類型，例如：int,double 等以及複雜類型例如：數組和結構體。在C語言中，咱們使用和其餘語言諸如MATLAB,Python相同的語法聲明它們，並把這些變量推到棧裏。

棧

什麼是棧？這是計算機內存的特定區域，它存儲每一個函數建立的臨時變量（包括main() 函數）。棧使用「LIFO」數據結構，由CPU管理和優化。每當函數聲明一個新變量，它就會被推入棧。當函數退出時，全部被該函數推入棧的變量會被釋放（這表明，它們已經被刪除）。一旦棧的變量釋放，此內存區能夠被其餘棧變量使用。

使用棧保存變量的優勢：CPU幫你管理內存。你不須要手動分配和釋放。更重要的是，CPU能夠高效的組織內存，讀寫棧變量會很是快。

理解棧的關鍵 ：當函數退出時，它推入棧的全部變量會被彈出（永遠丟失）。棧變量本質是局部的。這涉及到咱們以前瞭解的 變量做用域 或 局部和全局變量。在C語言編程一般會遇到此類BUG：從函數外部企圖讀取函數內部的變量（在函數退出以後）。

棧另外一個須要注意的特徵是：保存在棧的變量是有大小限制的。堆的狀況卻不同。

棧的總結：

• 棧的增加和縮容發生在函數推入和彈出局部變量時
• 不須要你本身管理內存，變量會自動分配和釋放
• 棧有大小限制
• 棧變量僅存在於建立它們的函數運行的時候

堆

堆是計算機的內存區，它不會幫你自動管理，也不禁CPU管理。堆有更大的空間。你須要使用 C語言內置函數malloc()和 calloc() 分配內存到堆。當再也不使用這塊內存時，你負責使用free()進行釋放。若是沒作這步，你的程序會發生內存泄露。堆上的內存仍然被佔用（不能被其餘進程使用）。正如咱們在調試中看到的，用 valgrind工具，幫助檢測內存泄漏。

和棧不同，堆沒有大小限制（除了物理內存限制）。堆的讀寫稍微比較慢，由於必須使用指針訪問堆上的內存。咱們在後面會討論指針。

和棧不同，其餘函數和你程序上的任何地方均可以訪問堆上建立的變量。堆本質是全局的。

棧和堆的優缺點

棧

• 訪問很是快
• 沒必要顯式的分配變量
• CPU有效的管理，不會產生內存碎片
• 僅用於局部變量
• 有大小限制（不一樣操做系統有區別）
• 大小不能被調整

堆

• 變量能夠全局訪問
• 沒有內存限制
• （相對的）訪問速度比較慢
• 會產生內存碎片
• 須要你分配和釋放
• 大小能夠經過 realloc() 調整

例子

這是一個簡短的程序，建立變量到棧。

#include 

double multiplyByTwo (double input) {
  double twice = input * 2.0;
  return twice;
}

int main (int argc, char *argv[])
{
  int age = 30;
  double salary = 12345.67;
  double myList[3] = {1.2, 2.3, 3.4};

  printf("double your salary is %.3f\n", multiplyByTwo(salary));

  return 0;
}

double your salary is 24691.340

在10，11，12行咱們聲明瞭變量：int ，double，長度爲3的浮點型數組。main() 進行分配的時候，這3個變量被推到棧。當main() 函數退出（程序中止），這些變量會被彈出棧。一樣的，在函數 multiplyByTwo() 有2個 double 型的變量，會被推到棧。multiplyByTwo() 退出，這2個變量會被彈出棧，永遠消失。

順便提一句，有一種方法能夠告訴C語言，即便建立函數退出後，仍然能夠保留棧變量，就是在聲明變量時使用 static 關鍵字。所以，使用 static 關鍵字聲明的變量相似於全局變量，但只能在建立它的函數中可見。這是一種奇怪的結構，除非在很是特殊的狀況下，不然你可能不須要它

這是另外一個版本，分配全部變量到堆而不是棧：

#include 
#include 

double *multiplyByTwo (double *input) {
  double *twice = malloc(sizeof(double));
  *twice = *input * 2.0;
  return twice;
}

int main (int argc, char *argv[])
{
  int *age = malloc(sizeof(int));
  *age = 30;
  double *salary = malloc(sizeof(double));
  *salary = 12345.67;
  double *myList = malloc(3 * sizeof(double));
  myList[0] = 1.2;
  myList[1] = 2.3;
  myList[2] = 3.4;

  double *twiceSalary = multiplyByTwo(salary);

  printf("double your salary is %.3f\n", *twiceSalary);

  free(age);
  free(salary);
  free(myList);
  free(twiceSalary);

  return 0;
}

正如你所看到的，使用 malloc() 分配內存到堆和使用 free() 釋放，這不是大問題，但有點麻煩。另一個須要注意的是處處都是星符號。它們是什麼？答案是，它們是指針。malloc() 處理指針，而不是真實的值。咱們後面會更詳細討論指針。指針在C語言是一種特殊的數據類型，它保存地址在內存而不是真實的值。所以在上面第5行，2個變量都不是 double ， 但它們是指向浮點型的指針。變量double 保存了一個地址在內存。

何時使用堆

何時使用堆？何時使用棧？若是你要分配一塊大內存和你須要保留這個變變量很長時間，那麼你就要分配它們到堆。若是你處理的是相對小的變量，只須要存活在函數使用期間，那麼你可使用棧，它更容易更快。若是你須要能夠動態改變大小的變量例如：數據和結構體，那你須要分配它們到堆，用動態內存分配函數 mallco() calloc() realloc()和 free()手動管理內存。咱們會討論動態分配數據結構在討論完指針後。

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