[译]栈和堆的区别

栈和堆的区别

中文原文：栈和堆的区别
英文原文：Memory：Stack vs Heap

校对：xiaobai22

目录

• 栈和堆的区别
• 栈
• 堆

• 栈和堆的优缺点

  • 栈
  • 堆
• 例子
• 何时使用堆
• 关联文章

栈和堆的区别

到目前为止，咱们已经知道如何声明基础变量类型，例如：int,double 等以及复杂类型例如：数组和结构体。在C语言中，咱们使用和其余语言诸如MATLAB,Python相同的语法声明它们，并把这些变量推到栈里。

栈

什么是栈？这是计算机内存的特定区域，它存储每一个函数建立的临时变量（包括main() 函数）。栈使用“LIFO”数据结构，由CPU管理和优化。每当函数声明一个新变量，它就会被推入栈。当函数退出时，全部被该函数推入栈的变量会被释放（这表明，它们已经被删除）。一旦栈的变量释放，此内存区能够被其余栈变量使用。

使用栈保存变量的优势：CPU帮你管理内存。你不须要手动分配和释放。更重要的是，CPU能够高效的组织内存，读写栈变量会很是快。

理解栈的关键 ：当函数退出时，它推入栈的全部变量会被弹出（永远丢失）。栈变量本质是局部的。这涉及到咱们以前了解的 变量做用域 或 局部和全局变量。在C语言编程一般会遇到此类BUG：从函数外部企图读取函数内部的变量（在函数退出以后）。

栈另外一个须要注意的特征是：保存在栈的变量是有大小限制的。堆的状况却不同。

栈的总结：

• 栈的增加和缩容发生在函数推入和弹出局部变量时
• 不须要你本身管理内存，变量会自动分配和释放
• 栈有大小限制
• 栈变量仅存在于建立它们的函数运行的时候

堆

堆是计算机的内存区，它不会帮你自动管理，也不禁CPU管理。堆有更大的空间。你须要使用 C语言内置函数malloc()和 calloc() 分配内存到堆。当再也不使用这块内存时，你负责使用free()进行释放。若是没作这步，你的程序会发生内存泄露。堆上的内存仍然被占用（不能被其余进程使用）。正如咱们在调试中看到的，用 valgrind工具，帮助检测内存泄漏。

和栈不同，堆没有大小限制（除了物理内存限制）。堆的读写稍微比较慢，由于必须使用指针访问堆上的内存。咱们在后面会讨论指针。

和栈不同，其余函数和你程序上的任何地方均可以访问堆上建立的变量。堆本质是全局的。

栈和堆的优缺点

栈

• 访问很是快
• 没必要显式的分配变量
• CPU有效的管理，不会产生内存碎片
• 仅用于局部变量
• 有大小限制（不一样操做系统有区别）
• 大小不能被调整

堆

• 变量能够全局访问
• 没有内存限制
• （相对的）访问速度比较慢
• 会产生内存碎片
• 须要你分配和释放
• 大小能够经过 realloc() 调整

例子

这是一个简短的程序，建立变量到栈。

#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行咱们声明了变量：int ，double，长度为3的浮点型数组。main() 进行分配的时候，这3个变量被推到栈。当main() 函数退出（程序中止），这些变量会被弹出栈。一样的，在函数 multiplyByTwo() 有2个 double 型的变量，会被推到栈。multiplyByTwo() 退出，这2个变量会被弹出栈，永远消失。

顺便提一句，有一种方法能够告诉C语言，即便建立函数退出后，仍然能够保留栈变量，就是在声明变量时使用 static 关键字。所以，使用 static 关键字声明的变量相似于全局变量，但只能在建立它的函数中可见。这是一种奇怪的结构，除非在很是特殊的状况下，不然你可能不须要它

这是另外一个版本，分配全部变量到堆而不是栈：

#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() 分配内存到堆和使用 free() 释放，这不是大问题，但有点麻烦。另一个须要注意的是处处都是星符号。它们是什么？答案是，它们是指针。malloc() 处理指针，而不是真实的值。咱们后面会更详细讨论指针。指针在C语言是一种特殊的数据类型，它保存地址在内存而不是真实的值。所以在上面第5行，2个变量都不是 double ， 但它们是指向浮点型的指针。变量double 保存了一个地址在内存。

何时使用堆

何时使用堆？何时使用栈？若是你要分配一块大内存和你须要保留这个变变量很长时间，那么你就要分配它们到堆。若是你处理的是相对小的变量，只须要存活在函数使用期间，那么你可使用栈，它更容易更快。若是你须要能够动态改变大小的变量例如：数据和结构体，那你须要分配它们到堆，用动态内存分配函数 mallco() calloc() realloc()和 free()手动管理内存。咱们会讨论动态分配数据结构在讨论完指针后。

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