堆和栈【翻译】

堆和栈【翻译】

看到一篇比较有意思的文章，在这里就翻译一下，当今天发表的内容了。

from http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/79-the-stack-and-the-heap/

一个程序对于内存的使用，一般可以分为四类：

1. 代码区域，通过的编译的程序在代码中存储的位置

2. 全局变量区域，全局变量存储的位置

3. 堆，动态内存分配的变量存储的位置

4. 栈，函数参数和局部变量存储的位置

下面将主要针对3，4两个方面进行论述。

 

堆

堆是一个用于动态分配的很大的内存池。在C++中，当你使用new操作符分配内存时，这个内存是从堆中取得的。

   1: int *pValue = new int; // pValue is assigned 4 bytes from the heap

   2: int *pArray = new int[10]; // pArray is assigned 40 bytes from the heap

因为，要分配的内存的准确位置事先是不知道的，所以分配的内存是间接获取的，也就说明了为什么new操作符返回的是指针。这里你并不需要担心背后内存具体如何分配的机制。但是，有一点值得明了，连续的内存请求所指向的很可能不是连续的地址的内存片段。如：

   1: int *pValue1 = new int;

   2: int *pValue2 = new int;

   3: // pValue1 and pValue2 may not have sequential addresses

上例中，两个new是连续的，但是分配得到的pValue1和pValue2的地址是不连续的。当动态分配的变量被删除后，内存有被返回到堆中以备后续中再次被动态分配。

堆有如下优缺点：

1. 分配的内存一直处于被分配的状态，知道去分配操作出现，才回到初始状态（没有及时去分配，如new后没有用delete，会导致内存的泄漏）。

2. 动态分配的内存必须通过指针联系

3. 由于堆是一个很大的内存池，大的数组，结构，类都应该在这里分配得到内存

 

栈

栈调用扮演了一个很有趣的角色。在我们讨论栈调用之前，让我们讨论一下什么叫做栈。

想象一下自助餐厅中的一堆叠起来的盘子。因为每个盘子都比较重，它们被叠起来的，你只能做以下三件事情。

1）看向最上面的盘子

2）将最上面的盘子拿掉

3）在上面放一个新的盘子

在计算机编程中，栈是一个存储其他变量的容器（很像一个数组）。但是，一个数组能够以你想要的方式任意更改获取其中的元素，栈则有更多的限制，栈中能够进行的操作如下：

1）查看栈顶的项

2）将栈顶的项从顶部移除

3）将一个新的项放置顶部

栈是后进先出（LIFO）的数据结构。

（略掉一些内容······）

我们主要来看当调用函数是栈发生了一些什么行为。

1）发生函数调用处的相关指令的地址被push进栈中

2）函数返回类型置于栈中，设置一个占位符

3）CPU跳至函数的代码中

4）现在栈顶的内容是一个特殊指针，栈帧。随后所有的加入到栈中的内容都是该函数的局部信息。

5）所有的函数参数都被放入栈中

6）函数中的指令得到执行

7）函数中的局部变量push栈中

当函数结束的时候，发生如下事件：

1）函数的返回值拷贝进入一个占位符中，

2）在栈帧之后的所有内容都被pop off，所有的局部变量都被销毁

3）返回值被pop off并赋值给函数中的变量，如果调用函数的返回值没有赋值给任何东西，该值就会丢失

4）下一个语句的地址从栈中pop off，CPU继续执行

 

栈溢出

栈的大小是有限的，只能有序的容纳一定量的信息。如果程序试图向栈中放入过多的信息，栈将会溢出。栈溢出发生在栈的内存都被分配完了，那种情况下，更多的分配，将会发生在内存的其它片段中。

栈溢出通常发生在分配了太多的变量到栈上，或太多的嵌套函数调用，导致结果就是程序的奔溃。

如：

   1: int main()

   2: {

   3:     int nStack[100000000];

   4:     return 0;

   5: }

栈的优缺点：

* 栈中的内容可以一直保留到pop off发生

* 编译时，栈中分配的内存是已知的，因此，可以直接通过变量访问内存。

* 因为栈相对而言是比较小的，所以小心会吃掉很多栈空间的事情。包括大型数组，结构体，类过多的内嵌，过多的递归等。