堆棧與堆棧和堆與堆

Question

我正在為我的數據組織決賽學習，我正在研究堆棧和堆，因為我知道它們將進入決賽，我將需要了解差異。 我知道堆棧是什么，堆是什么。

但是我對堆棧是什么和堆是什么感到困惑。

堆棧是 RAM 中存儲內存的地方，如果空間不足，就會發生堆棧溢出。 對象默認存儲在這里，當對象超出范圍時它會重新分配內存，並且速度更快。

堆是 RAM 中存儲內存的地方，如果空間不足，操作系統會分配更多空間。 對於要存儲在堆上的對象，需要使用 new 運算符來告知它，並且只有在告知后才會被釋放。 可能會出現碎片問題，它比堆棧慢，並且可以更好地處理大量內存。

但是什么是棧，什么是堆？ 它是存儲內存的方式嗎？ 例如靜態數組或靜態向量是堆棧類型和動態數組，鏈表是堆類型？

謝謝你們！

Answer 1

“堆棧”和“堆”是程序或操作系統以特定方式使用的內存塊。 例如，調用堆棧可以保存與函數調用有關的數據， 而堆是專門用於動態分配空間的內存區域。

將它們與堆棧和堆數據結構進行對比。

堆棧可以被認為是一個數組，其中最后一個元素將是第一個元素。 對此的操作稱為 push 和 pop。

堆是一種數據結構，表示一種特殊類型的圖，其中每個節點的值都大於節點子節點的值。

附帶說明一下，請記住，“堆棧”或“堆”或任何堆棧/堆數據結構對於任何給定的編程語言都是獨一無二的，而只是計算機科學領域中的概念。

Answer 2

我不會進入虛擬內存（如果你願意，請閱讀相關內容）所以讓我們簡化一下，假設你有一定大小的 RAM。

您的代碼包含靜態初始化數據，還有一些靜態未初始化數據（C++ 中的靜態表示類似於全局變量）。 你有你的代碼。

當您編譯某些東西時，編譯器（和鏈接器）將按以下方式組織您的代碼並將其轉換為機器代碼（字節碼、1 和 0）：

二進制文件（和目標文件）被組織成段（RAM 的一部分）。

首先你有DATA 段。 這是包含初始化變量值的段。 因此，如果您有變量，即int a=3, b = 4它們將轉到 DATA 段（4 個字節的 RAM 包含 00000003h，其他 4 個字節包含 000000004h，十六進制表示法）。 它們是連續存儲的。

然后你有代碼段。 您的所有代碼都被翻譯成機器代碼（1 和 0）並連續存儲在此段中。

然后你有BSS 段。 有未初始化的全局變量（所有未初始化的靜態變量）。

然后你有STACK 段。 這是為堆棧保留的。 默認情況下，堆棧大小由操作系統決定。 你可以改變這個值，但我現在不會進入這個。 所有局部變量都放在這里。 當你調用某個函數時，首先func args被壓入堆棧，然后返回地址（退出函數時返回的位置），然后將一些計算機寄存器壓入這里，最后函數中聲明的所有局部變量都在堆棧上獲得保留空間.

你有HEAP 段。 這是 RAM 的一部分（大小也由操作系統決定），對象和數據使用 operator new存儲在其中。

然后所有的段一個接一個地堆積起來，依次是DATA、CODE、BSS、STACK、HEAP。 還有一些其他段，但它們在這里並不重要，它們由操作系統加載到 RAM 中。 二進制文件還有一些頭文件，其中包含代碼從哪個位置（內存中的地址）開始的信息。

簡而言之，它們都是 RAM 的一部分，因為正在執行的所有內容都加載到 RAM 中（不能在 ROM（只讀）中，也不能在 HDD 中，因為 HDD 僅用於存儲文件。

Answer 3

當特別提到 C++ 的內存模型時，堆和堆棧指的是內存區域。 很容易將其與堆棧數據結構和堆數據結構混淆。 然而，它們是獨立的概念。

在討論編程語言時，堆棧內存被稱為“堆棧”，因為它的行為類似於堆棧數據結構。 堆有點用詞不當，因為它不一定（或可能）使用堆數據結構。 請參閱為什么兩個不同的概念都稱為“堆”？ 討論為什么 C++ 的堆和數據結構的名稱相同，盡管是兩個不同的概念。

因此，要回答您的問題，這取決於上下文。 在編程語言和內存管理的上下文中，堆和堆棧是指具有特定屬性的內存區域。 否則，它們指的是特定的數據結構。

Answer 4

“堆棧”的技術定義是后進先出 (LIFO) 數據結構，其中數據被推入和拉出頂部。 就像現實世界中的一堆盤子一樣，你不會從中間或底部拉出一個，你[通常]不會從數據結構堆棧的中間或底部拉出數據。 當有關堆棧在編程方面的人會談，它往往（但不總是）是指硬件堆棧，這是由CPU堆棧指針寄存器控制。

就“堆”而言，就每個人都同意的定義而言，這通常變得更加模糊。 最好的定義可能是“大量空閑內存，從中分配空間用於動態內存管理”。 換句話說，當您需要新內存時，無論是用於數組還是使用 new 運算符創建的對象，它都來自操作系統為您的程序保留的堆。 這是程序 POV 中的“堆”，但只是操作系統 POV 中的“堆”。

Answer 5

您需要了解堆棧的重要一點是堆棧和函數/方法調用之間的關系。 每個函數調用都會在堆棧上保留空間，稱為堆棧幀。 該空間包含您的自動變量（在函數體內聲明的變量）。 當您退出函數時，堆棧幀和它包含的所有自動變量都會消失。

這種機制在使用的 CPU 資源方面非常便宜，但這些堆棧分配的變量的生命周期顯然受到函數范圍的限制。

另一方面，堆上的內存分配（對象）可以“永遠”存在，或者只要您需要它們，而無需考慮程序的控制流。 不利的一面是，由於您無法獲得這些堆分配對象的自動生命周期管理，因此您必須 1) 自己管理生命周期，或 2) 使用智能指針等特殊機制來管理這些對象的生命周期。 如果你弄錯了，你的程序會出現內存泄漏，或者訪問可能會意外更改的數據。

回復：關於堆棧與堆棧的問題：當您使用多個線程時，每個線程都有一個單獨的堆棧，以便每個線程可以獨立地流入和流出函數/方法。 大多數單線程程序只有一個堆棧：通用術語中的“堆棧”。

對於堆也是如此。 如果您有特殊需要，可以分配多個堆並在分配時選擇應該使用哪個堆。 這不太常見（而且是一個比我在這里提到的要復雜得多的話題。）