操作系统中的堆栈区别

迷南。 2023-07-24 11:47 11阅读 0赞

堆和栈是两种内存分配的统称。

一.栈

*  栈会存放函数的局部变量，函数的返回地址等。栈有"LIFO"(后进先出)的特点。
 *  栈由操作系统分配，自动回收.
 *  栈的大小受到限制。在x86体系下，栈一般通过esp 指向栈帧顶部，ebp指向底部
 *  不断的嵌套或者为局部变量分配空间，可能导致栈溢出。这时候会触发一个异常
 *  在执行完一个函数的时候，其中的变量都会从堆栈中弹出。
 *  无需亲自管理内存，变量会自动分配和释放。
 *  栈一般是高地址向低地址扩展，函数返回的时候，会通过返回原来的位置来释放空间。
 *  栈对应的是CPU的一级缓存，一级缓存在CPU内部，访问快，比较小

二.堆

*  堆是计算机中不会自动管理的区域，不受CPU严格管理，它是内存中更加自由浮动的区域。
 *  我们可以通过封装好的函数(malloc/calloc/new…)来进行内存分配
 *  内核维护了一个`brk`指针,指向堆的顶部，将堆视为大小不同的块的集合来进行维护，每一个块就是一个连续的虚拟内存，要么是已经分配的，要么是空闲的，已经分配的块显式的保留为供应用程序使用，空闲块可以分配内存。
 *  堆是从低地址向高地址扩展，是不连续的内存区域。系统通过链表来存储空闲内存地址。
 *  一般在堆的头部用一个字节存放堆的大小。
 *  堆一般是CPU二级缓存，CPU和内存之间的地址，访问比一级缓存慢，但是比读内存快，容量比较大
 *  在多线程的情况下，线程有自己的栈，彼此共享创建他们的进程的堆。
 *  堆分配的内存必须进行手动释放

三.区别

管理方式：

*  对于栈来讲，是由编译器自动管理。
 *  对于堆来说，分配释放工作由程序员控制，容易造成内存泄露。

空间大小：

*  一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的。

碎片问题：

*  对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，操作系统会自动回收.

生长方向：

*  对于堆来讲，向着内存地址增加的方向增长(低地址向高地址)；
 *  对于栈来讲，向着内存地址减小的方向增长(高地址向低地址)。

分配方式：

*  堆都是动态分配（运行期）的，没有静态分配（编译期）的堆。
 *  栈有2种分配方式：静态分配和动态分配（alloca()函数可以动态分配栈的内存空间，释放的时候由编译器自己释放）。
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分配效率：