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还有多少人搞不懂堆内存和栈内存的区别?

mhr18 2024-12-12 11:50 24 浏览 0 评论

这篇文章分享一个面试中经常被问到的知识点：堆内存和栈内存有什么区别？平时开发应该使用堆内存还是栈内存？

要回答这个问题，我们首先需要知道什么是堆内存，什么是栈内存，它们的分配和回收有什么特点？

先介绍下栈内存：

栈内存是为线程留出的临时空间，每个线程都有一个固定大小的栈空间，而且栈空间存储的数据只能由当前线程访问，所以它是线程安全的。

栈空间的分配和回收是由系统来做的，我们不需要手动控制。

当一个函数调用时，系统就会为该函数的调用分配栈空间，当函数返回后，系统就会自动回收这块空间，同理，下次其它函数调用和返回，系统还是会自动分配和回收空间。

那它是怎么分配和回收的呢？

可以看这两个动画

栈空间的大小是固定的，它有一个水位线，标识栈空间的分配状态，水位线里面的表示已经分配，然后这个水位线会根据函数调用和返回的情况自动调整。

这里可以看到，栈空间的分配和回收非常简单，只需要调整水位线位置就可以了，没有任何多余操作。

那堆内存呢？

我们平时在C语言和C++中使用malloc和new分配的内存就是堆内存，堆内存的一大特点就是大小不固定，可以动态扩容，空间由程序员动态分配，更加灵活。

然而，既然有优点也必然伴随着缺点。

第一个缺点就是它容易产生内存泄露，malloc出来的没有free，new出来的如果没有delete，都会产生内存泄露，真正项目内存泄露产生的情况肯定比这个复杂的多。

第二个缺点，容易产生内存碎片，在分配和回收时需要对很多内存碎片进行整理，效率较低，具体可以看这个动画。

?所以才会有很多自定义的内存分配器，但它肯定还是没有栈空间分配回收速度快。

第三个缺点，线程不安全，它不像栈内存是线程独立的，堆内存可以被一个进程内所有的线程访问，多线程操作就容易产生问题，很多奇奇怪怪的操作就是这么引起的。

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那什么变量存储在栈上，什么存储在堆上呢？普通的A a，这种就是都存储在栈上，当使用new和malloc分配的空间会存储在堆上，看这个图：

?new出来的实际空间是在堆上分配，然后在栈上开辟一个指针大小的空间，这个空间有一个指针，指向堆上的那块内存，这样给变量和堆内存之间就关联起来了。

那什么情况下使用栈内存，什么情况下使用堆内存呢？

我整理出来了一个表，贴在这里：


栈

堆

速度

快

慢

空间管理

高效，不会产生碎片

会产生内存碎片

访问权限

只能局部变量

可以访问全局变量

空间大小限制

操作系统限制

没有特定的限制

内存分配

连续

随机分配

分配和释放

编译器指令自动管理

程序员手动管理

开销

低

高

主要问题

空间小

内存碎片

灵活性

固定大小

可以resize

这里可以根据实际需求来决定使用哪类内存。

当然，其实也不用关注那么多，我一般就是大内存使用堆，局部变量小内存使用栈。

这里还涉及到很多其它知识点，比如进程的内存空间布局是怎么样的，栈空间会不会污染、堆内存具体是怎么分配和回收的。

最后是提问环节，大家可以在评论区讨论一下哈。

  • 当定义一个vector<int> a(100); a在哪块内存？那100a的空间又在哪里？
  • 当定义一个array<int, 100> a; a在哪块内存，那100个a的空间又在哪里？

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