[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
• 什么时候使用堆
• 关联文章

栈和堆的区别

到目前为止，我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，我们使用和其他语言诸如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，它存储每个函数创建的临时变量（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，所有被该函数推入栈的变量会被释放（这代表，它们已经被删除）。一旦栈的变量释放，此内存区可以被其他栈变量使用。

使用栈保存变量的优点：CPU帮你管理内存。你不需要手动分配和释放。更重要的是，CPU可以高效的组织内存，读写栈变量会非常快。

理解栈的关键 ： 当函数退出时 ，它推入栈的所有变量会被弹出（永远丢失）。栈变量本质是局部的。这涉及到我们之前了解的 变量作用域 或 局部和全局变量。在C语言编程通常会遇到此类BUG：从函数外部企图读取函数内部的变量（在函数退出之后）。

栈另一个需要注意的特征是：保存在栈的变量是有大小限制的。堆的情况却不一样。

栈的总结：

• 栈的增长和缩容发生在函数推入和弹出局部变量时
• 不需要你自己管理内存，变量会自动分配和释放
• 栈有大小限制
• 栈变量仅存在于创建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，也不由CPU管理。堆有更大的空间。你需要使用 C语言内置函数 malloc() 和 calloc() 分配内存到堆。当不再使用这块内存时，你负责使用 free() 进行释放。如果没做这步，你的程序会发生内存泄露。堆上的内存仍然被占用（不能被其他进程使用）。正如我们在调试中看到的，用 valgrind 工具，帮助检测内存泄漏。

和栈不一样，堆没有大小限制（除了物理内存限制）。堆的读写稍微比较慢，因为必须使用指针访问堆上的内存。我们在后面会讨论指针。

和栈不一样，其他函数和你程序上的任何地方都可以访问堆上创建的变量。堆本质是全局的。

栈和堆的优缺点

栈

• 访问非常快
• 不必显式的分配变量
• 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（不同操作系统有区别）
• 大小不能被调整

堆

realloc()

例子

这是一个简短的程序，创建变量到栈。

#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行我们声明了变量：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（程序停止），这些变量会被弹出栈。同样的，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，有一种方法可以告诉C语言，即使创建函数退出后，仍然可以保留栈变量，就是在声明变量时使用 static 关键字。因此，使用 static 关键字声明的变量类似于全局变量，但只能在创建它的函数中可见。这是一种奇怪的结构，除非在非常特殊的情况下，否则你可能不需要它

这是另一个版本，分配所有变量到堆而不是栈：

#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。另外一个需要注意的是到处都是星符号。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。我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。因此在上面第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。

什么时候使用堆

什么时候使用堆？什么时候使用栈？如果你要分配一块大内存和你需要保留这个变变量很长时间，那么你就要分配它们到堆。如果你处理的是相对小的变量，只需要存活在函数使用期间，那么你可以使用栈，它更容易更快。如果你需要可以动态改变大小的变量例如：数据和结构体，那你需要分配它们到堆，用动态内存分配函数 mallco() calloc() realloc() 和 free() 手动管理内存。我们会讨论动态分配数据结构在讨论完指针后。