C++ 堆栈与堆分配

Posted 2023-02-21

【中文标题】C++ 堆栈与堆分配

【英文标题】：C++ stack vs heap allocation

【发布时间】：2016-04-15 11:56:14

【问题描述】：

我想知道什么时候应该在 C++ 的堆栈上分配一个类？我在 Java 方面有很强的背景，在 Java 中，所有类都使用 new 关键字在堆上分配。在 C++ 中，我可以在堆栈分配和堆分配之间进行选择，但现在引入了智能指针，使用 std::unique_ptr 分配不转移所有权的所有内容更有意义。

我真的想不出在哪些情况下有必要或更好地使用堆栈分配。也许是为了在嵌入式系统中进行某种优化？

【问题讨论】：

仅供参考，std::unique_ptr 是一个基于“堆栈”的对象。顺便说一句，我们称之为自动和动态对象，因为 C++ 没有堆栈或堆的概念。恕我直言，您希望尽可能使用自动对象，

您通常使用相反的原则：如果不需要动态分配，您就不要这样做。动态分配默认为“过早悲观化”。

【参考方案1】：

只要函数范围（或函数内部的for、while、if 等控制块的范围）与对象的生命周期相匹配，就使用自动（堆栈）分配需要。这样，如果对象拥有/控制任何资源，例如动态分配的内存、文件句柄等 - 它们将在析构函数调用期间被释放，因为该范围已离开。 （不会在垃圾收集器结束时的某个不可预测的时间）。

仅在有明确需要时才使用new，例如：

需要对象的寿命比函数范围长，

将所有权移交给其他代码

拥有一个指向基类的指针容器，然后您可以对其进行多态处理（即使用虚拟分派到派生类函数实现），或者

一个特别大的分配会占用大部分堆栈（您的操作系统/进程将“协商”一个限制，通常在 1-8+ 兆字节范围内）

如果这是您使用动态分配的唯一原因，并且您确实希望对象的生命周期与函数中的范围相关联，则应使用本地 std::unique_ptr<> 来管理动态内存，并确保它无论您如何离开范围都会释放：return、throw、break 等。（您也可以在 class/struct 中使用 std::unique_ptr<> 数据成员来管理任何内存对象拥有。）

Mathieu Van Nevel 在下面讨论 C++11 移动语义 - 相关性是，如果您在堆栈上有一个控制大量动态分配（堆）内存的小型管理对象，移动语义会给予额外的保证和罚款- 管理对象何时将其资源移交给其他代码拥有的另一个管理对象（通常是调用者，但可能是一些其他容器/对象寄存器）的粒度控制。这种切换可以避免堆上的数据被复制/复制，即使是暂时的。此外，elision 和 return-value-optimisation 通常允许名义上自动/堆栈托管的变量直接在它们最终被分配/返回的内存中构造，而不是以后复制到那里。

【讨论】：

这是一个很好的总结。我最近重新编写了一些代码，将一组非常大的对象放入堆栈。如果您不小心，可能会在较大的程序或深度递归的程序中耗尽堆栈空间。

关于 c++11 移动语义的一些细节，我认为答案将是完美的：upvote

好总结，如果你补充一下我什么时候应该使用 std::unique_ptr 而不是堆栈分配，我会给你答案。

不想听起来粗鲁，我就是这样。

【参考方案2】：

在大型代码库中，我们对简单的结构对象使用堆栈分配，而对于更复杂的类（涉及多态性、内存所有权等），我们总是使用动态分配。