本篇文章主要介紹了什么是棧(Stack) 、什么是堆( Heap)，以及棧和堆的優(yōu)缺點(diǎn)，同時介紹了應(yīng)該什么時候使用堆和棧,有需要的朋友可以參考下
一、前言
直到現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了我們?nèi)绾温暶鞒Ａ款愋停鏸nt,double,等等，還有復(fù)雜的例如數(shù)組和結(jié)構(gòu)體等。我們聲明他們有各種語言的語法，例如Matlab，Python等等。在C語言中，把這些變量放在棧內(nèi)存中。
二、基礎(chǔ)
1、棧
什么是棧，它是你的電腦內(nèi)存的一個特別區(qū)域，它用來存儲被每一個function(包括mian()方法)創(chuàng)建的臨時變量。棧是FILO，就是先進(jìn)后出原則的結(jié)構(gòu)體，它密切的被CPU管理和充分利用。每次function聲明一個新的變量，它就會被“推”到棧中。然后每次一個function退出時，所有關(guān)于這個函數(shù)中定義的變量都會被釋放(換句話說就是刪除)。一旦棧中的變量釋放，這塊區(qū)域就會變成可用的，提供給其他棧中的變量。
用棧存儲變量的好處是，內(nèi)存是被你管理的。你不用手動的創(chuàng)建內(nèi)存，不用當(dāng)你不在需要它的時候手動釋放內(nèi)存。另外，由于CPU組織棧內(nèi)存很高效。讀出和寫入棧變量是很快的。
理解棧的關(guān)鍵是理解概念，當(dāng)一個function退出時，所有它的變量都會從棧中彈出,以后都會永遠(yuǎn)消失。因此棧中的變量本質(zhì)是局部的。這和我們原來理解為變量作用域或者本地或者全局變量是相關(guān)的。在C中，一個公共的bug 是從你程序中的一個function外嘗試訪問一個在棧中的這個function的變量(在該function已經(jīng)退出后)。
關(guān)于棧的另一個特點(diǎn)我們應(yīng)該記住，就是存儲再棧中的變量的大小有限制。而堆上創(chuàng)建變量不用考慮。
總結(jié)棧：
a、棧的生長和伸縮就是函數(shù)壓入或者推出局部變量。
b、我們不用自己去管理內(nèi)存，變量創(chuàng)建和釋放都是自動的。
c、棧中的變量只有在函數(shù)創(chuàng)建運(yùn)行時存在。
2、 堆
堆也是我們的計算機(jī)內(nèi)存中的一個區(qū)域，但是他不是自動管理的。而且也不是被CPU密切的管理著。它是一片更加自由的內(nèi)存區(qū)域(很大)。要想在堆上創(chuàng)建內(nèi)存，我們必須使用malloc() 或者calloc()，他們都是C語言編譯的。一旦你在堆上分配內(nèi)存，當(dāng)你不在需要的時候你必須用free()去銷毀。如果你不銷毀或者銷毀失敗，你的程序就會有內(nèi)存泄露。換句話說就是堆內(nèi)存會一直在，其他進(jìn)程無法使用。我們將會再調(diào)試部分看到，那里有一個叫做Valgrind的東西，它可以幫助你發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露。
不像棧，堆沒有變量大小的限制(除了你電腦的物理限制條件外)。堆內(nèi)存讀出和寫入都比較慢，因為它必須使用指針圖訪問堆內(nèi)存。我們將會下面講解指針。
3、棧和堆的優(yōu)缺點(diǎn)
棧：
a、快速訪問。
b、沒有必要明確的創(chuàng)建分類變量，因為它是自動管理的。
c、空間被CPU高效地管理著，內(nèi)存不會變成碎片。
d、只有局部變量
e、受限于棧大小(取決于操作系統(tǒng))
f、變量不能調(diào)整大小。
堆：
a、變量可以被全局訪問
b、沒有內(nèi)存大小限制
c、(相對)訪問比較慢
d、沒有高效地使用空間，隨著塊內(nèi)存的創(chuàng)建和銷毀，內(nèi)存可能會變成碎片。
e、你必須管理內(nèi)存(變量的創(chuàng)建和銷毀你必須要負(fù)責(zé))
f、變量大小可以用realloc( )調(diào)整
例如：
下面是一個在棧上創(chuàng)建變量的短程序。和我們看到的其他程序類似
- #include <stdio.h>
- double multiplyByTwo (double input) {
- double twice = input * 2.0;
- return twice;
- }
- int main(int argc, const 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
運(yùn)行結(jié)果如下：
在第7，8和9行,我們聲明了三個變量：一個int變量、一個double變量和一個包含三個包含double的數(shù)組。這三個變量在main()函數(shù)創(chuàng)建，被壓入棧中。當(dāng)main()函數(shù)退出(程序退出)，這些變量就會出棧。同樣地，在multiplyByTwo函數(shù)中，第二個double變量，也會在multiplyByTwo()函數(shù)創(chuàng)建的時候壓入棧中。一旦函數(shù)退出，第二個變量就會出棧，永遠(yuǎn)地消失。
備注：有一種方法可以告訴C保持一個棧變量。即使它的創(chuàng)建函數(shù)退出。那就是用static關(guān)鍵字當(dāng)聲明變量的時候。一個變量用static關(guān)鍵之聲明，因此就會變成一個類似與全局變量的東西。但是它僅僅在創(chuàng)建它的函數(shù)里面可見。這是一個奇怪的東西，除非你在一個非常特殊的情況下需要。
下面是另一個版本的創(chuàng)建變量在堆上而不是在棧上：
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- double *multiplyByTwo (double *input) {
- double *twice = malloc(sizeof(double));
- *twice = *input *2.0;
- return twice;
- }
- int main(int argc, const 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] = 3.4;
- myList[2] = 4.5;
- 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，我們用malloc()去分配堆內(nèi)存，用free()去釋放它。這樣不是很大的處理，但是很笨重。還有一件要注意的事情是：這樣會由很多*號。這些是指針。malloc()(calloc()和free())函數(shù)處理的是指針而不是真正的數(shù)值。我們將會在下邊討論指針。指針在C棧是一個特殊的數(shù)據(jù)類型，它用來存儲內(nèi)存的地址而不是存儲實(shí)際的values.因此在
- *twice = *input *2.0;
這行，twice變量不是一個double，而是一個指向double的指針，是double被存儲再內(nèi)存中的地址。
4、什么時候使用堆
我們應(yīng)該什么時候使用堆和棧呢?如果我們需要分配一大塊內(nèi)存(例如一個很大的數(shù)組或者一個很大的結(jié)構(gòu)體)，而且我們需要保持這個變量很長時間(例如全局變量)。我們應(yīng)該分配堆內(nèi)存。如果你處理的很小的變量，而且只要再函數(shù)使用的時候存活，那么你應(yīng)該使用棧，它比較方便而且快捷。如果你需要類似與數(shù)組或者結(jié)構(gòu)體的變量，而且能夠動態(tài)改變大小(例如一個數(shù)組可以根據(jù)需要添加數(shù)據(jù)或者刪除數(shù)據(jù))，那么你可以用malloc(),realloc()給他們分配堆內(nèi)存，用free()手動的管理內(nèi)存。當(dāng)我們討論完指針，我們將會討論動態(tài)分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。
通過以上對棧和堆的介紹，希望對大家了解和區(qū)分棧和堆有所幫助。
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