堆和栈的区别

堆和栈

不同点：

• 内存分配方式不同：
  • 栈：栈上的内存是自动分配和释放的，通常用于存储函数调用过程中的局部变量、调用参数和使用的寄存器状态等信息。
  • 堆：堆上的内存是动态分配的，程序在运行时可以根据需要分配和释放内存。在C++中可以通过new/new[]分配堆内存，使用delete/delete[]释放堆内存。在C中可以使用malloc、calloc和realloc函数分配堆内存，使用free函数释放堆内存
• 内存大小不同：
  • 栈：栈的大小相对较小，适用于存储较小的数据结构和对象。分配和释放栈内存的操作非常快速，但栈空间有限，可能导致栈溢出错误
  • 堆：堆的大小通常比栈大得多，因此可以用于存储较大的数据结构和对象。然而，分配和释放堆内存的操作相对较慢（涉及到内存管理搜索合适的内存块），可能导致程序性能下降
• 内存管理不同：
  • 栈：栈上的内存由操作系统和编译器自动管理
  • 堆：堆上的内存需要程序员手动管理。可能导致错误，如内存泄露、野指针、重复释放等
• 生命周期不同：
  • 栈：栈上的内存生命周期与函数调用相关。局部变量在函数被调用时自动分配内存，函数返回时自动释放内存
  • 堆：堆上内存的生命周期取决于程序员手动分配和释放。分配的内存在程序运行过程中一直存在，直到被显式释放或程序结束

为什么栈速度比堆上的快：

• 数据结构的特点：栈是一种线性数据结构，可以通过简单的栈指针来读取栈上的数据；而堆是一种树形数据结构，要读取堆上的数据可能需要进行指针的跳转和内存的查找操作。
• 内存布局的连续性：栈上的内存分配是连续的；而堆上的内存可能是分散的
• 硬件优化：由于栈的读取比较频繁且简单，因此处理器和编译器通常会对栈上的操作进行优化，比如采用特定的指令集或硬件机制来提高栈操作的执行效率。相比之下，堆上的内存操作较为复杂，难以进行同样程序的优化

什么情况下必须使用堆内存？

只有大小确定的时候才能在栈上分配，因为栈上分配是编译时就确定的，栈指针需要移动多少，就去给他分配多少内存。比较常见的场景就是分配一个动态数组，不确定大小就不能将其分配在栈上面，因为栈指针不知道要移动多少。