堆(heap)和栈(stack)几点认识

Posted 2020-09-02 Poffmd

堆(heap)和栈(stack)主要的区别由以下几点：
1、管理方式不同：
2、空间大小不同：
3、产生碎片不同：
4、生长方向不同：
5、分配归属不同：
6、分配效率不同：
7、存取效率不同：
管理方式：对于栈来讲，释放是由程序自动管理，无需在程序中手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
产生碎片：对于堆来讲，频繁的new/delete，malloc/free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，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以 至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以>参考数据结构，这里我们就不再一一讨论 了。
生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆，相对灵活控制变量的生存时间。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配(运行时，局部变量)。静态分配是编译器完成的，比如全局或者静态变量的分配。动态分配由 alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的存取效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的(malloc实际调用sbrk，mmap系统调用)，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段 的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。同时，由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。显然，堆的效率比栈要低得多。
空间大小：栈申请大小一般受程序归属用户限制，而且栈申请必须是连续的内存空间，如果当前系统有那么大内存，但不是连续的，同样会导致申请失败；而堆则主要受内存大小限制(物理内存和虚拟内存)，也不管内存是否连续<真正最大内存受swap空间+物理空间之和影响>；
分配归属：栈内存属主受程序的用户中栈大小(stack size)限制，启动如果超过这个限制则core dump。堆内存则受内存大小(max memory size)限制，超过则会引起new或者malloc返回失败。程序数据节区的最大值(data seg size)则为程序装载时大小，超过则无法装载，导致启动失败。

注：
max memory size:The maximum resident set size.
rss: resident set size, 表示进程占用RAM(内存)的大小，单位是KB
所以栈在程序中是应用最广泛的，通常函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，
EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，小的，固定的内存推荐尽量用栈，而不是用堆。
alias mytop=‘ps -eo rss,pmem,pcpu,pid,user,comm|sort -k 3 -r -n|head‘
alias mytops=‘ps -eo rss,pmem,pcpu,pid,user,cmd|sort -k 3 -r -n|head‘