堆栈与堆栈和堆与堆

Posted 2023-02-21

【中文标题】堆栈与堆栈和堆与堆

【英文标题】：a stack vs the stack and a heap vs the heap

【发布时间】：2014-06-23 15:21:34

【问题描述】：

我正在为我的数据组织决赛而学习，并且我正在检查堆栈和堆，因为我知道它们将进入决赛并且我需要知道它们之间的差异。 我知道 Stack 是什么，Heap 是什么。

但我对什么是堆栈和什么是堆感到困惑。

堆栈是RAM中存储内存的地方，如果空间不足，就会发生堆栈溢出。对象默认存储在这里，当对象超出范围时会重新分配内存，速度更快。

堆是RAM中存储内存的地方，如果空间不足，操作系统会分配更多。对于要存储在堆上的对象，需要使用 new 运算符告诉它，并且只有在被告知时才会被释放。可能会出现碎片问题，它比堆栈慢，并且它可以更好地处理大量内存。

但是什么是栈，什么是堆呢？它是记忆的存储方式吗？比如静态数组或者静态向量是栈类型，动态数组，链表是堆类型？

谢谢大家！

【问题讨论】：

I know what the Stack is and what the Heap is, but I'm confused on what a stack is and what a heap is. 嗯？

“堆栈”和“堆”是通用概念。在基于 C 的语言中，“堆栈”和“堆”是特定的实体——“堆栈”是管理调用/返回、自动变量存储等的“执行堆栈”，而“堆”是您malloc 或 new 存储件。可以有其他（用户定义的）堆栈和堆来管理完全不同的任务。

见en.wikipedia.org/wiki/Stack_%28abstract_data_type%29和en.wikipedia.org/wiki/Heap_%28data_structure%29

不要将Abstract Data Types (ADTs) 与特定语言的特定实现概念（与 ADT 不严格相关）混淆。

..当然，Google 上没有这些信息。

【参考方案1】：

“堆栈”和“堆”是程序或操作系统以特定方式使用的内存块。例如，the call stack 可以保存与函数调用有关的数据，the heap 是专门用于动态分配空间的内存区域。

将这些与堆栈和堆进行对比data structures。

stack 可以被认为是一个数组，其中最后一个元素将是第一个元素。对此的操作称为 push 和 pop。

heap 是一种数据结构，表示一种特殊类型的图，其中每个节点的值都大于节点子节点的值。

附带说明，请记住，“堆栈”或“堆”或任何堆栈/堆数据结构对于任何给定的编程语言都是独一无二的，但只是计算机科学领域的概念。

【讨论】：

这是通用术语“堆”的具体用法。可以有一个文件句柄“堆”，例如，不作为图形进行管理。

@HotLicks - 此时我们将根据字典定义，而不是计算机科学定义。

所以你会声称使用术语“堆”来表示图的唯一例外是 C/C++/Java 堆？？？

也许我应该更具体一点：在计算机科学的上下文中，“堆”是一种满足堆属性的树型数据结构（其中每个节点的值都小于其父值）。将计算机科学中的任何其他东西称为“堆”会产生误导。例如，文件句柄集合不是堆，因为它 1) 不是树结构，并且 2) 不满足堆属性。

@HotLicks - 正确，这也是为什么最好将其称为“内存池”或类似名称的原因。 :P

【参考方案2】：

我不会进入虚拟内存（如果需要，请阅读相关内容）所以让我们简化并假设您有一定大小的 RAM。

您的代码包含静态初始化数据和一些静态未初始化数据（C++ 中的静态意味着像全局变量）。你有你的代码。

当您编译某些东西时，编译器（和链接器）会按以下方式组织并将您的代码转换为机器代码（字节码、1 和 0）：

二进制文件（和目标文件）被组织成段（RAM 的部分）。

首先你有 DATA 段。这是包含初始化变量值的段。因此，如果您有变量，即int a=3, b = 4，它们将进入数据段（4 字节的 RAM 包含 00000003h，其他 4 字节包含 000000004h，十六进制表示法）。它们是连续存储的。

那么你就有了代码段。您的所有代码都被翻译成机器代码（1 和 0）并连续存储在该段中。

那么您就有了BSS 段。有未初始化的全局变量（所有未初始化的静态变量）。

那么您就有了STACK 段。这是为堆栈保留的。默认情况下，堆栈大小由操作系统确定。你可以改变这个值，但我现在不会进入这个。所有局部变量都放在这里。当你调用某个函数时，首先将func args压入堆栈，然后返回地址（退出函数时返回的地址），然后将一些计算机寄存器压入此处，最后函数中声明的所有局部变量都得到保留堆栈空间。

你有 HEAP 段。这是使用运算符 new 存储对象和数据的 RAM 的一部分（大小也由操作系统决定）。

然后所有的段一个接一个地堆放 DATA, CODE, BSS, STACK, HEAP。还有一些其他的段，但这里不感兴趣，它们由操作系统加载到 RAM 中。二进制文件还有一些头文件，其中包含您的代码从哪个位置（内存中的地址）开始的信息。

简而言之，它们都是 RAM 的一部分，因为正在执行的所有内容都加载到 RAM 中（不能在 ROM（只读）中，也不能在 HDD 中，因为 HDD 仅用于存储文件。

【讨论】：

什么？你的意思是我不允许在ROM中执行代码？哦亲爱的。我将不得不放弃很多工作并重新开始。

不，您从 ROM 执行代码，但 ROM 用于在您启动计算机时执行代码。您按下 POWER 按钮，comp 打开，开始从固定地址读取（该地址是某个 ROM 地址）。有一个小代码可以执行以下操作：将一些代码从 ROM 复制到 RAM，继续执行从 RAM 复制的代码，做一些事情，查看 HDD 的引导扇区并将 OS 引导文件复制到 RAM，执行它并启动 OS。之后就不需要执行ROM了，双击某个文件运行，loader加载到ROM中执行。

我的意思是您的答案不准确（它说“正在执行的所有内容都加载到 RAM 中）不正确。您的答案也非常特定于一种机器架构（诚然是一种常见的架构）并提供了大量细节，但并未真正解决您所回答的问题。

是的，我的意思是不能加载到 ROM 中。 :) 那里有细节，所以这个人可以理解更大的图景。其他人告诉他堆栈和堆是什么，我解释了背景（简化）。

【参考方案3】：

当专门提到 C++ 的内存模型时，堆和堆栈指的是内存区域。这很容易与栈数据结构和堆数据结构混淆。但是，它们是不同的概念。

在讨论编程语言时，堆栈内存被称为“堆栈”，因为它的行为类似于堆栈数据结构。堆有点用词不当，因为它不一定（或可能）使用堆数据结构。请参阅Why are two different concepts both called "heap"?，了解为什么 C++ 的堆和数据结构的名称是相同的，尽管它们是两个不同的概念。

所以要回答你的问题，这取决于上下文。在编程语言和内存管理的上下文中，堆和堆栈是指具有特定属性的内存区域。否则，它们会引用特定的数据结构。

【参考方案4】：

“堆栈”的技术定义是一种后进先出 (LIFO) 数据结构，其中数据被推入和拉出顶部。就像现实世界中的一堆盘子一样，你不会从中间或底部拉出一个，你[通常]不会从数据结构堆栈的中间或底部拉出数据。当有人在编程方面谈论 堆栈时，它通常（但不总是）意味着硬件堆栈，它由 CPU 中的堆栈指针寄存器控制。

就“堆”而言，就每个人都可以同意的定义而言，这通常会变得更加模糊。最好的定义可能是“为动态内存管理分配空间的大量空闲内存”。换句话说，当您需要新内存时，无论是用于数组还是使用 new 运算符创建的对象，它都来自操作系统为您的程序保留的堆。这是来自程序 POV 的“堆”，但只是来自操作系统 POV 的“堆”。

【讨论】：

“堆”可能是类似对象的集合，而不仅仅是空闲存储块。

没错，但这不是 OP 工作的环境。将 OP 的“堆”称为“内存堆”可能更有意义。

【参考方案5】：

关于堆栈，您需要了解的重要一点是堆栈与函数/方法调用之间的关系。每个函数调用都会在堆栈上保留空间，称为堆栈帧。该空间包含您的自动变量（在函数体内声明的变量）。当您退出该函数时，堆栈帧及其包含的所有自动变量都会消失。

这种机制在使用 CPU 资源方面非常便宜，但是这些堆栈分配的变量的生命周期显然受到函数范围的限制。

另一方面，堆上的内存分配（对象）可以“永远”存在，或者只要您需要它们，就可以不考虑程序的控制流。不利的一面是，由于您没有自动管理这些堆分配的对象的生命周期，因此您必须 1) 自己管理生命周期，或者 2) 使用诸如智能指针之类的特殊机制来管理这些对象的生命周期。如果您弄错了，您的程序就会出现内存泄漏，或者访问的数据可能会意外更改。

Re：关于堆栈与堆栈的问题：当您使用多个线程时，每个线程都有一个单独的堆栈，以便每个线程可以独立地流入和流出函数/方法。大多数单线程程序只有一个堆栈：常用术语中的“堆栈”。

对于堆也是如此。如果您有特殊需要，可以分配多个堆并在分配时选择应该使用哪个堆。这不太常见（而且比我在这里提到的要复杂得多。）