大家好,我是程序喵。
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。
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。
具体在我的公众号里搜索吧,里面有很多相关文章。
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?
参考链接
https://stackoverflow.com/questions/79923/what-and-where-are-the-stack-and-heap
https://www.guru99.com/stack-vs-heap.html
https://www.geeksforgeeks.org/stack-vs-heap-memory-allocation/
点个在看你最好看
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