Что и где стопка и куча?

Где и что они находятся (физически в памяти реального компьютера)?

ОТВЕТ: Оба находятся в оперативной памяти.

В стороне:

Оперативная память похожа на стол, а жесткие диски/твердотельные накопители (постоянное хранилище) – на книжные полки. Чтобы читать что-либо, у вас должна быть открыта книга на вашем столе, а у вас может быть столько открытых книг, сколько поместится на вашем столе. Чтобы получить книгу, вы берете ее с книжной полки и открываете на своем столе. Чтобы вернуть книгу, вы закрываете ее на столе и возвращаете на книжную полку.

Стек и куча — это имена, которые мы даем компиляторам для двух способов хранения разных типов данных в одном и том же месте (например, в оперативной памяти).

Какова их область применения?
Что определяет размер каждого из них?
Что делает человека быстрее?

ОТВЕТ:

1. Стек предназначен для статических данных (фиксированного размера)

   а. Во время компиляции компилятор считывает типы переменных, используемые в вашем коде.

   i. Для этих переменных выделяется фиксированный объем памяти.
   II. Этот размер этой памяти не может увеличиваться.

   б. Память непрерывна (один блок), поэтому доступ иногда быстрее, чем куча

   c. Объект, помещенный в стек, который во время выполнения увеличивается в памяти, превышая размер стека, вызывает ошибку переполнения стека

2. Куча предназначена для динамических (изменяющихся размеров) данных

   а. Объем памяти ограничен только объемом свободного места в ОЗУ
   я. Используемый объем может увеличиваться или уменьшаться по мере необходимости во время выполнения

   .

   б. Поскольку элементы распределяются в куче путем поиска свободного места везде, где оно существует в ОЗУ, данные не всегда находятся в непрерывном разделе, что иногда делает доступ медленнее, чем стек

   c. Программисты вручную помещают элементы в стек с помощью ключевого слова new и ДОЛЖНЫ вручную освобождать эту память после завершения ее использования.
   я. Код, который повторно выделяет новую память без ее освобождения, когда она больше не нужна, из-за утечки памяти.

В стороне:

Стек и куча были введены не для повышения скорости; они были введены для обработки переполнения памяти. Первая проблема, связанная с использованием стека по сравнению с кучей, должна заключаться в том, не произойдет ли переполнение памяти. Если объект предназначен для увеличения в размере до неизвестной величины (например, связанный список или объект, элементы которого могут содержать произвольный объем данных), поместите его в кучу. Насколько это возможно, используйте контейнеры стандартной библиотеки (STL) C++ vector, map и list, поскольку жизнь проще (вам не нужно беспокоиться о выделении/освобождении памяти).

После запуска кода, если вы обнаружите, что он работает недопустимо медленно, вернитесь и проведите рефакторинг кода и посмотрите, можно ли его запрограммировать более эффективно. Может оказаться, что проблема вообще не имеет ничего общего со стеком или кучей (например, используйте итеративный алгоритм вместо рекурсивного, посмотрите на задачи ввода-вывода и задачи, связанные с процессором, возможно, добавьте многопоточность или многопроцессорность).

Я говорю иногда медленнее/быстрее выше, потому что скорость программы может не иметь никакого отношения к размещению элементов в стеке или куче.

В какой степени они контролируются операционной системой или средой выполнения языка?

ОТВЕТ:

• Размер стека определяется компилятором во время компиляции.

• Размер кучи изменяется во время выполнения. (Куча работает с ОС во время выполнения для выделения памяти.)

В стороне:

Ниже немного больше об управлении и операциях времени компиляции и времени выполнения.

Каждый компьютер имеет уникальную архитектуру набора инструкций (ISA), которая является его аппаратными командами (например, "MOVE", "JUMP", "ADD" и т. д.).

• ОС — это не что иное, как диспетчер ресурсов (управляет тем, как, когда и где использовать память, процессоры, устройства и информацию).

• ISA ОС называется голой машиной, а остальные команды называются расширенной машиной. ядро — это первый уровень расширенной машины. Он управляет такими вещами, как

  • определение того, какие задачи используют процессор (планировщик),
  • сколько памяти или сколько аппаратных регистров выделить задаче (диспетчеру), и
  • порядок выполнения задач (регулировщик).

• Когда мы говорим "компилятор", мы обычно имеем в виду компилятор, ассемблер и компоновщик вместе

  • Компилятор преобразует исходный код в язык ассемблера и передает его ассемблеру,
  • Ассемблер превращает язык ассемблера в машинный код (команды ISA) и передает его компоновщику
  • Компоновщик берет весь машинный код (возможно, созданный из нескольких исходных файлов) и объединяет его в одну программу.

• Машинный код передается ядру при выполнении, которое определяет, когда оно должно запускаться и брать на себя управление, но сам машинный код содержит команды ISA для запроса файлов, запроса памяти и т. д. Таким образом, код выдает команды ISA, но все должен пройти через ядро.

Когда процесс создается, то после загрузки кода и данных установка кучи ОС начинается сразу после завершения данных и складывается в верхнюю часть адресного пространства в зависимости от архитектуры

Когда требуется больше кучи, ОС будет выделять память динамически, и фрагмент кучи всегда практически непрерывен

См. Системные вызовы brk(), sbrk() и alloca() в linux

Стек ЦП и куча физически связаны с тем, как ЦП и регистры работают с памятью, как работает язык машинного ассемблера, а не сами языки высокого уровня, даже если эти языки могут решать мелочи.

Все современные процессоры работают с «той же» теорией микропроцессоров: все они основаны на так называемых «регистрах», а некоторые предназначены для «стека» для повышения производительности. У всех процессоров с самого начала есть стековые регистры, и, как я знаю, они всегда были здесь, так сказать. Языки ассемблера одинаковы с самого начала, несмотря на различия ... вплоть до Microsoft и его промежуточного языка (IL), который изменил парадигму, чтобы иметь язык ассемблера виртуальных машин OO. Так что в будущем у нас будет несколько ЦП CLI / CIL (один проект MS).

ЦП имеют регистры стека для ускорения доступа к памяти, но они ограничены по сравнению с использованием других регистров для получения полного доступа ко всей доступной памяти для процесса. Вот почему мы говорили о выделении стека и кучи.

В целом и в целом куча является большой и медленной и предназначена для «глобальных» экземпляров и содержимого объектов, поскольку стек небольшой и быстрый, а также для «локальных» переменных и ссылок (скрытые указатели, чтобы забыть управлять ими. ).

Итак, когда мы используем ключевое слово new в методе, ссылка (int) создается в стеке, но объект и все его содержимое (типы значений, а также объекты) создаются в куче, если я воспоминание. Но в стеке создаются локальные элементарные типы значений и массивы.

Разница в доступе к памяти заключается на уровне ссылок на ячейки: адресация кучи, общей памяти процесса, требует большей сложности с точки зрения обработки регистров ЦП, чем стек, который «более» локально с точки зрения адресации, потому что регистр стека ЦП используется как базовый адрес, если я помню.

Вот почему, когда у нас очень длинные или бесконечные рекурсивные вызовы или циклы, у нас происходит быстрое переполнение стека, без зависания системы на современных компьютерах ...

C # Heap (ing) против стека (ing) в .NET

Стек и куча: узнайте разницу

Распределение памяти статического класса, где она хранится C #

Что и где находятся стек и куча?

https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_management

https://en.wikipedia.org/wiki/Stack_register

Ресурсы языка ассемблера:

Учебное пособие по программированию сборки

Руководства разработчика программного обеспечения для архитектур Intel® 64 и IA-32

Спасибо за действительно хорошее обсуждение, но как настоящий новичок мне интересно, где хранятся инструкции? В НАЧАЛЕ ученые выбирали между двумя архитектурами (фон NEUMANN, где все считается ДАННЫМИ, и HARVARD, где одна область памяти была зарезервирована для инструкций, а другая - для данных). В конечном итоге мы выбрали дизайн фон Неймана, и теперь все считается «одинаковым». Мне было трудно, когда я учился сборке https://www.cs.virginia.edu/~evans/cs216/guides/x86.html потому что они говорят о регистрах и указателях стека.

Все вышесказанное говорит о ДАННЫХ. Я предполагаю, что, поскольку инструкция - это определенная вещь с определенным объемом памяти, она будет помещена в стек, и поэтому все «эти» регистры, обсуждаемые в сборке, находятся в стеке. Конечно, затем пришло объектно-ориентированное программирование с инструкциями и данными, объединенными в структуру, которая была динамической, поэтому теперь инструкции также будут храниться в куче?

Стек - это, по сути, легкодоступная память, которая просто управляет своими элементами. как - ну - стек. Только элементы , размер которых известен заранее, могут помещаться в стек . Это относится к числам, строкам, логическим значениям.

Куча - это память для элементов, для которых вы не можете заранее определить точный размер и структура . Поскольку объекты и массивы можно изменять и изменения во время выполнения, они должны попасть в кучу.

Источник: Academind

Вау! Так много ответов, и я не думаю, что кто-то из них правильно понял ...

1) Где и что они (физически в памяти реального компьютера)?

Стек - это память, которая начинается с наивысшего адреса памяти, выделенного для вашего образа программы, а затем уменьшается в значении оттуда. Он зарезервирован для параметров вызываемых функций и для всех временных переменных, используемых в функциях.

Есть две кучи: общедоступная и частная.

Частная куча начинается на 16-байтовой границе (для 64-битных программ) или 8-байтовой границе (для 32-битных программ) после последнего байта кода в вашей программе, а затем увеличивается в значении оттуда . Ее также называют кучей по умолчанию.

Если частная куча становится слишком большой, она будет перекрывать область стека, так же как стек будет перекрывать кучу, если она станет слишком большой. Поскольку стек начинается с более высокого адреса и спускается к более низкому адресу, при правильном взломе вы можете сделать стек настолько большим, что он будет выходить за пределы частной области кучи и перекрывать область кода. Уловка тогда состоит в том, чтобы перекрыть достаточно области кода, чтобы вы могли зацепить код. Это немного сложно сделать, и вы рискуете вызвать сбой программы, но это просто и очень эффективно.

Общедоступная куча находится в собственном пространстве памяти вне пространства образа вашей программы. Именно эта память будет выгружена на жесткий диск, если ресурсы памяти станут недостаточными.

2) В какой степени они контролируются ОС или языковой средой выполнения?

Стек управляется программистом, частная куча управляется ОС, а общедоступная куча никем не контролируется, потому что это служба ОС - вы делаете запросы, и они либо предоставляются, либо отклоняются.

2b) Каков их объем?

Все они являются глобальными для программы, но их содержимое может быть частным, общедоступным или глобальным.

2c) От чего зависит размер каждого из них?

Размер стека и частной кучи определяется параметрами среды выполнения вашего компилятора. Общедоступная куча инициализируется во время выполнения с помощью параметра размера.

2d) Что делает человека быстрее?

Они не созданы для того, чтобы быть быстрыми, они созданы для того, чтобы быть полезными. От того, как их использует программист, зависит, будут они «быстрыми» или «медленными»

ССЫЛКА:

https://norasandler.com/2019/02/18/Write-a-Compiler-10.html

https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/api/heapapi/nf-heapi-getprocessheap

https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/api/heapapi/nf-heapi-heapcreate

Мне есть чем поделиться, хотя основные моменты уже освещены.

Стек

• Очень быстрый доступ.
• Хранится в ОЗУ.
• Здесь загружаются вызовы функций вместе с переданными локальными переменными и параметрами функции.
• Пространство освобождается автоматически, когда программа выходит за пределы области видимости.
• Сохраняется в последовательной памяти.

Колда

• Медленный доступ по сравнению со стеком.
• Хранится в ОЗУ.
• Здесь хранятся динамически созданные переменные, что позже требует освобождения выделенной памяти после использования.
• Сохраняется везде, где выполняется выделение памяти, всегда доступен по указателю.

Интересное примечание:

• Если бы вызовы функций хранились в куче, это привело бы к двум беспорядочным точкам:
  1. Благодаря последовательному хранению в стеке выполнение выполняется быстрее. Хранение в куче привело бы к огромным затратам времени, что замедлило бы выполнение всей программы.
  2. Если бы функции хранились в куче (беспорядочное хранилище, указанное указателем), не было бы возможности вернуться к адресу вызывающего абонента обратно (который дает стек из-за последовательного хранения в памяти).

стек , куча и данные каждого процесса в виртуальной памяти:

Чтобы уточнить, в этом ответе неверная информация (Томас исправил свой ответ после комментариев, круто :)). В других ответах просто не объясняется, что означает статическое распределение. Итак, я объясню три основных формы распределения и то, как они обычно связаны с кучей, стеком и сегментом данных ниже. Я также покажу несколько примеров как на C / C ++, так и на Python, чтобы помочь людям понять.

«Статические» (также известные как статически размещенные) переменные не размещаются в стеке. Не думайте об этом - многие люди так делают только потому, что «статика» очень похожа на «стек». На самом деле они не существуют ни в стеке, ни в куче. Они являются частью так называемого сегмента данных .

Однако, как правило, лучше рассматривать « область действия » и « время жизни », а не «стек» и «кучу».

Область действия определяет, какие части кода могут обращаться к переменной. Обычно мы думаем о локальной области (доступна только для текущей функции) по сравнению с глобальной областью (можно получить доступ где угодно), хотя область может быть намного сложнее.

Время жизни означает, когда переменная выделяется и освобождается во время выполнения программы. Обычно мы думаем о статическом распределении (переменная будет сохраняться на протяжении всей программы, что делает ее полезной для хранения одной и той же информации в нескольких вызовах функций) по сравнению с автоматическим распределением (сохраняется только переменная во время одного вызова функции, что делает его полезным для хранения информации, которая используется только во время вашей функции и может быть отброшена, когда вы закончите) по сравнению с динамическим распределением (переменные, продолжительность которых определяется во время выполнения, а не время компиляции как статическое или автоматическое).

Хотя большинство компиляторов и интерпретаторов реализуют это поведение аналогичным образом с точки зрения использования стеков, куч и т. Д., Компилятор может иногда нарушать эти соглашения, если он хочет, если поведение является правильным. Например, из-за оптимизации локальная переменная может существовать только в регистре или полностью удаляться, даже если большинство локальных переменных существует в стеке. Как было указано в нескольких комментариях, вы можете реализовать компилятор, который даже не использует стек или кучу, а вместо этого использует некоторые другие механизмы хранения (редко, поскольку для этого отлично подходят стеки и кучи).

Я предоставлю простой аннотированный код C, чтобы проиллюстрировать все это. Лучший способ научиться - запустить программу в отладчике и наблюдать за ее поведением. Если вы предпочитаете читать Python, переходите к концу ответа :)

// Statically allocated in the data segment when the program/DLL is first loaded
// Deallocated when the program/DLL exits
// scope - can be accessed from anywhere in the code
int someGlobalVariable;

// Statically allocated in the data segment when the program is first loaded
// Deallocated when the program/DLL exits
// scope - can be accessed from anywhere in this particular code file
static int someStaticVariable;

// "someArgument" is allocated on the stack each time MyFunction is called
// "someArgument" is deallocated when MyFunction returns
// scope - can be accessed only within MyFunction()
void MyFunction(int someArgument) {

    // Statically allocated in the data segment when the program is first loaded
    // Deallocated when the program/DLL exits
    // scope - can be accessed only within MyFunction()
    static int someLocalStaticVariable;

    // Allocated on the stack each time MyFunction is called
    // Deallocated when MyFunction returns
    // scope - can be accessed only within MyFunction()
    int someLocalVariable;

    // A *pointer* is allocated on the stack each time MyFunction is called
    // This pointer is deallocated when MyFunction returns
    // scope - the pointer can be accessed only within MyFunction()
    int* someDynamicVariable;

    // This line causes space for an integer to be allocated in the heap
    // when this line is executed. Note this is not at the beginning of
    // the call to MyFunction(), like the automatic variables
    // scope - only code within MyFunction() can access this space
    // *through this particular variable*.
    // However, if you pass the address somewhere else, that code
    // can access it too
    someDynamicVariable = new int;


    // This line deallocates the space for the integer in the heap.
    // If we did not write it, the memory would be "leaked".
    // Note a fundamental difference between the stack and heap
    // the heap must be managed. The stack is managed for us.
    delete someDynamicVariable;

    // In other cases, instead of deallocating this heap space you
    // might store the address somewhere more permanent to use later.
    // Some languages even take care of deallocation for you... but
    // always it needs to be taken care of at runtime by some mechanism.

    // When the function returns, someArgument, someLocalVariable
    // and the pointer someDynamicVariable are deallocated.
    // The space pointed to by someDynamicVariable was already
    // deallocated prior to returning.
    return;
}

// Note that someGlobalVariable, someStaticVariable and
// someLocalStaticVariable continue to exist, and are not
// deallocated until the program exits.

Особенно ярким примером того, почему важно различать время жизни и область видимости, является то, что переменная может иметь локальную область видимости, но статическое время жизни - например, someLocalStaticVariable в приведенном выше примере кода. Такие переменные могут сбить с толку наши обычные, но неформальные привычки именования. Например, когда мы говорим « локальная », мы обычно имеем в виду « локально автоматически выделяемая переменная », а когда мы говорим «глобальная», мы обычно имеем в виду « статически распределенная переменная с глобальной областью действия <63200615 ". К сожалению, когда дело доходит до таких вещей, как " статически распределенные переменные с областью видимости файла ", многие люди просто говорят ... " да ??? ".

int var1; // Has global scope and static allocation
static int var2; // Has file scope and static allocation

int main() {return 0;}

from datetime import datetime

class Animal:
    _FavoriteFood = 'Undefined' # _FavoriteFood is statically allocated

    def PetAnimal(self):
        curTime = datetime.time(datetime.now()) # curTime is automatically allocatedion
        print("Thank you for petting me. But it's " + str(curTime) + ", you should feed me. My favorite food is " + self._FavoriteFood)

class Cat(Animal):
    _FavoriteFood = 'tuna' # Note since we override, Cat class has its own statically allocated _FavoriteFood variable, different from Animal's

class Dog(Animal):
    _FavoriteFood = 'steak' # Likewise, the Dog class gets its own static variable. Important to note - this one static variable is shared among all instances of Dog, hence it is not dynamic!


if __name__ == "__main__":
    whiskers = Cat() # Dynamically allocated
    fido = Dog() # Dynamically allocated
    rinTinTin = Dog() # Dynamically allocated

    whiskers.PetAnimal()
    fido.PetAnimal()
    rinTinTin.PetAnimal()

    Dog._FavoriteFood = 'milkbones'
    whiskers.PetAnimal()
    fido.PetAnimal()
    rinTinTin.PetAnimal()

# Output is:
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.255000, you should feed me. My favorite food is tuna
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.255000, you should feed me. My favorite food is steak
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.255000, you should feed me. My favorite food is steak
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.255000, you should feed me. My favorite food is tuna
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.255000, you should feed me. My favorite food is milkbones
# Thank you for petting me. But it's 13:05:02.256000, you should feed me. My favorite food is milkbones

Многие ответы правильны как концепции, но мы должны отметить, что стек необходим аппаратному обеспечению (то есть микропроцессору), чтобы разрешить вызов подпрограмм (CALL на языке ассемблера ..). (Ребята из ООП назовут это методами )

В стеке вы сохраняете адреса возврата и call → push / ret → pop управляется непосредственно аппаратно.

Вы можете использовать стек для передачи параметров ... даже если он медленнее, чем использование регистров (скажет ли гуру микропроцессоров или хорошая книга BIOS 1980-х ...)

• Без стека нет микропроцессор не может работать. (мы не можем представить программу, даже на языке ассемблера, без подпрограмм / функций)
• Без кучи можно. (Программа на языке ассемблера может работать без, поскольку куча - это концепция ОС, без malloc, то есть вызова OS / Lib.

Использование стека выполняется быстрее:

• Это аппаратное обеспечение, и даже push / pop очень эффективны.
• malloc требует входа в режим ядра, использования блокировки / семафора (или других примитивов синхронизации), выполнения некоторого кода и управления некоторыми структурами, необходимыми для отслеживания распределения.

Хорошо, просто и коротко, они означают заказанный и не заказанный ...!

Стек : в элементах стека элементы накладываются друг на друга, это означает, что обработка будет быстрее и эффективнее! ...

Таким образом, всегда есть указатель, указывающий на конкретный элемент, также обработка будет быстрее, между элементами также есть взаимосвязь! ...

Куча : Нет порядка, обработка будет медленнее, а значения перепутаны вместе без определенного порядка или индекса ... случайные и нет связи между ними ... поэтому выполнение и использование время может меняться ...

Я также создаю изображение ниже, чтобы показать, как они могут выглядеть:

Вкратце

Стек используется для распределения статической памяти, а куча - для распределения динамической памяти, оба хранятся в ОЗУ компьютера.

Подробнее

Стек

Стек представляет собой структуру данных «LIFO» (последний пришел - первым ушел), которой ЦП достаточно внимательно управляет и оптимизирует. Каждый раз, когда функция объявляет новую переменную, она «помещается» в стек. Затем каждый раз, когда функция завершается, все переменные, помещенные в стек этой функцией, освобождаются (то есть они удаляются). После освобождения переменной стека эта область памяти становится доступной для других переменных стека.

Преимущество использования стека для хранения переменных заключается в том, что память управляется за вас. Вам не нужно выделять память вручную или освобождать ее, если она вам больше не нужна. Более того, поскольку ЦП так эффективно организует стековую память, чтение и запись в переменные стека происходит очень быстро.

Больше можно найти здесь .

Куча

Куча - это область памяти вашего компьютера, которая не управляется автоматически и не так жестко управляется ЦП. Это более свободно плавающая область памяти (и больше). Чтобы выделить память в куче, вы должны использовать malloc () или calloc (), которые являются встроенными функциями C. После того, как вы выделили память в куче, вы должны использовать free () для освобождения этой памяти, когда она вам больше не понадобится.

Если вы этого не сделаете, в вашей программе произойдет так называемая утечка памяти. То есть память в куче по-прежнему будет выделена (и не будет доступна другим процессам). Как мы увидим в разделе отладки, существует инструмент под названием Valgrind, который может помочь вам обнаружить утечки памяти.

В отличие от стека, куча не имеет ограничений размера на переменный размер (кроме очевидных физических ограничений вашего компьютера). Память кучи немного медленнее для чтения и записи, потому что для доступа к памяти в куче необходимо использовать указатели. Мы скоро поговорим об указателях.

В отличие от стека, переменные, созданные в куче, доступны для любой функции в любом месте вашей программы. Переменные кучи по сути глобальны по своему охвату.

Больше можно найти здесь .

Переменные, выделенные в стеке, хранятся непосредственно в памяти, и доступ к этой памяти очень быстрый, а ее выделение обрабатывается при компиляции программы. Когда функция или метод вызывает другую функцию, которая по очереди вызывает другую функцию и т. Д., Выполнение всех этих функций приостанавливается до тех пор, пока самая последняя функция не вернет свое значение. Стек всегда резервируется в порядке LIFO, последний зарезервированный блок всегда является следующим блоком, который должен быть освобожден. Это упрощает отслеживание стека, освобождение блока из стека - это не что иное, как настройка одного указателя.

Переменные, выделенные в куче, имеют свою память, выделенную во время выполнения, и доступ к этой памяти немного медленнее, но размер кучи ограничен только размером виртуальной памяти. Элементы кучи не зависят друг от друга и всегда могут быть доступны случайным образом в любое время. Вы можете выделить блок в любое время и освободить его в любое время. Это значительно усложняет отслеживание того, какие части кучи выделены или свободны в любой момент времени.

Вы можете использовать стек, если точно знаете, сколько данных вам нужно выделить до времени компиляции, и он не слишком велик. Вы можете использовать кучу, если не знаете точно, сколько данных вам понадобится во время выполнения или если вам нужно выделить много данных.

В многопоточной ситуации каждый поток будет иметь свой собственный полностью независимый стек, но они будут совместно использовать кучу. Стек зависит от потока, а куча зависит от приложения. Стек важно учитывать при обработке исключений и выполнении потоков.

Каждый поток получает стек, в то время как обычно существует только одна куча для приложения (хотя нередко бывает несколько куч для разных типов распределения).

Во время выполнения, если приложению требуется больше кучи, оно может выделить память из свободной памяти, а если стеку требуется память, он может выделить память из свободной памяти, выделенной для приложения.

Даже более подробная информация дана здесь и здесь <29>.

Теперь перейдите на ответы на ваши вопросы .

В какой степени они контролируются ОС или языковой средой выполнения?

ОС выделяет стек для каждого потока системного уровня при создании потока. Обычно ОС вызывается средой выполнения языка для выделения кучи для приложения.

Больше можно найти здесь .

Какова их сфера действия?

Уже занесено в топ.

«Вы можете использовать стек, если вы точно знаете, сколько данных вам нужно выделить до времени компиляции, и он не слишком большой. Вы можете использовать кучу, если не знаете точно, сколько данных вам понадобится в времени выполнения или если вам нужно выделить много данных. "

Больше можно найти в здесь.

От чего зависит размер каждого из них?

Размер стека устанавливается ОС при создании потока. Размер кучи устанавливается при запуске приложения, но он может увеличиваться по мере необходимости в пространстве (распределитель запрашивает у операционной системы больше памяти).

Что делает человека быстрее?

Распределение стека происходит намного быстрее, поскольку все, что он действительно делает, это перемещает указатель стека. Используя пулы памяти, вы можете получить сопоставимую производительность за счет распределения кучи, но это связано с небольшой дополнительной сложностью и собственными головными болями.

Кроме того, соотношение стека и кучи зависит не только от производительности; он также многое говорит об ожидаемом времени жизни объектов.

Подробности можно найти в здесь .

Пара копеек: думаю, хорошо бы память рисовать графически и попроще:

Стрелки - показывают, где растут стек и куча, размер стека процесса имеет ограничение, определенное в ОС, размер стека потока обычно ограничивается параметрами в API создания потока. Куча обычно ограничивается максимальным размером виртуальной памяти процесса, например, для 32-битной версии 2-4 ГБ.

Очень простой способ: куча процесса является общей для процесса и всех потоков внутри, используется для выделения памяти в общем случае с чем-то вроде malloc () .

Стек - это быстрая память для хранения в общем случае указателей возврата функций и переменных, обрабатываемых как параметры при вызове функции, локальных переменных функции.

В 1980-х годах UNIX распространялась, как кролики, с большими компаниями, открывавшими свои собственные. Один был у Exxon, как и у десятков брендов, утраченных историей. Расположение памяти оставалось на усмотрение многих разработчиков.

Типичная программа на C была размещена в памяти с помощью возможность увеличения за счет изменения значения brk (). Обычно HEAP был чуть ниже этого значения brk. а увеличение brk увеличивало количество доступной кучи.

Одиночный СТЕК обычно был областью ниже HEAP, которая была участком памяти не содержит ничего ценного до вершины следующего фиксированного блока памяти. Следующим блоком часто был КОД, который мог быть перезаписан данными стека. в одном из знаменитых хаков своего времени.

Типичным блоком памяти был BSS (блок нулевых значений) что случайно не было обнулено ни в одном предложении производителя. Другой был DATA, содержащий инициализированные значения, включая строки и числа. Третий - CODE, содержащий CRT (среда выполнения C), основные функции и библиотеки.

Появление виртуальной памяти в UNIX меняет многие ограничения. Нет объективной причины, по которой эти блоки должны быть смежными, либо фиксированного размера, либо заказанного особым образом сейчас. Конечно, до UNIX была Multics, которая не страдала от этих ограничений. Вот схема, показывающая одну из схем памяти той эпохи.

Поскольку некоторые ответы были придирками, я собираюсь внести свою лепту.

Удивительно, но никто не упомянул, что множественные (т.е. не связанные с количеством запущенных потоков уровня ОС) стеки вызовов можно найти не только в экзотических языках (PostScript) или платформах (Intel Itanium), но и в волокна , зеленые нити и некоторые реализации <9698658695699698659485769>

Волокна, зеленые нити и сопрограммы во многом похожи, что приводит к большой путанице. Разница между волокнами и зелеными потоками заключается в том, что первые используют кооперативную многозадачность, а вторые могут включать кооперативную или вытесняющую (или даже обе). Чтобы узнать о различиях между волокнами и сопрограммами, см. здесь. ​​

В любом случае цель обоих волокон, зеленых потоков и сопрограмм состоит в том, чтобы несколько функций выполнялись одновременно, но не параллельно (см. этот вопрос SO для различия) в пределах единый поток уровня ОС, организованный для передачи управления друг от друга взад и вперед.

При использовании волокон, зеленых потоков или сопрограмм у вас обычно отдельный стек для каждой функции. (Технически, не только стек, но и весь контекст выполнения для каждой функции. Самое главное, регистры ЦП.) Для каждого потока существует столько стеков, сколько одновременно выполняющихся функций, и поток переключается между выполнением каждой функции. согласно логике вашей программы. Когда функция доходит до конца, ее стек уничтожается. Итак, количество и время жизни стеков являются динамическими и не определяются количеством потоков уровня ОС!

Обратите внимание, что я сказал: « обычно имеет отдельный стек для каждой функции». Существуют как стековые , так и бесстековые реализации программ. Наиболее известные реализации C ++ со стеком - это Boost.Coroutine и Microsoft PPL async/await. (Тем не менее, возобновляемые функции C ++ (также известные как «async и await»), которые были предложены для C ++ 17, вероятно, будут использовать сопрограммы без стека.)

Предложение волокон для стандартной библиотеки C ++ готовится. Кроме того, существуют сторонние библиотеки . Зеленые потоки чрезвычайно популярны в таких языках, как Python и Ruby.

Что такое стек?

Стопка - это стопка предметов, обычно аккуратно сложенная.

Стеки в вычислительных архитектурах - это области памяти, в которые данные добавляются или удаляются в порядке очереди.
В многопоточном приложении у каждого потока будет свой стек.

Что такое куча?

Куча - это неопрятная коллекция вещей, собранных наугад.

В вычислительных архитектурах куча - это область динамически выделяемой памяти, которая автоматически управляется операционной системой или библиотекой диспетчера памяти.
Память в куче регулярно выделяется, освобождается и меняет размер во время выполнения программы, и это может привести к проблеме, называемой фрагментацией.
Фрагментация происходит, когда объекты памяти выделяются с небольшими промежутками между ними, которые слишком малы для хранения дополнительных объектов памяти.
Конечный результат - это процентная доля пространства кучи, которая не может использоваться для дальнейшего выделения памяти.

Оба вместе

В многопоточном приложении каждый поток будет иметь свой собственный стек. Но все разные потоки будут совместно использовать кучу.
Поскольку разные потоки совместно используют кучу в многопоточном приложении, это также означает, что между потоками должна быть некоторая координация, чтобы они не пытались получить доступ и манипулировать одним и тем же фрагментом (-ами) памяти в куче по адресу в то же время.

Что быстрее - стек или куча? И почему?

Стек намного быстрее, чем куча.
Это связано с тем, как память распределяется в стеке.
Выделить память в стеке так же просто, как переместить указатель стека вверх.

Для людей, плохо знакомых с программированием, вероятно, будет хорошей идеей использовать стек, поскольку это проще.
Поскольку стек небольшой, вы можете использовать его, когда точно знаете, сколько памяти вам понадобится для ваших данных, или если вы знаете, что размер ваших данных очень мал.
Лучше использовать кучу, когда вы знаете, что вам понадобится много памяти для ваших данных, или вы просто не уверены, сколько памяти вам понадобится (например, с динамическим массивом).

Модель памяти Java

Стек - это область памяти, в которой хранятся локальные переменные (включая параметры метода). Что касается объектных переменных, это просто ссылки (указатели) на фактические объекты в куче.
Каждый раз, когда создается экземпляр объекта, часть памяти кучи выделяется для хранения данных (состояния) этого объекта. Поскольку объекты могут содержать другие объекты, некоторые из этих данных могут фактически содержать ссылки на эти вложенные объекты.

Стек

• Очень быстрый доступ
• Не нужно явно освобождать переменные
• Пространство эффективно управляется ЦП, память не будет фрагментирована
• Только локальные переменные
• Ограничение размера стека (зависит от ОС)
• Невозможно изменить размер переменных

Колда

• Переменные доступны глобально
• Нет ограничений на размер памяти
• (относительно) более медленный доступ
• Нет гарантированного эффективного использования пространства, память со временем может фрагментироваться, поскольку блоки памяти выделяются, а затем освобождаются
• Вы должны управлять памятью (вы отвечаете за выделение и освобождение переменных)
• Размер переменных можно изменить с помощью realloc ()

В следующем коде C #

public void Method1()
{
    int i = 4;
    int y = 2;
    class1 cls1 = new class1();
}

Вот как управляется память

Local Variables, которые должны длиться только до тех пор, пока вызов функции находится в стеке. Куча используется для переменных, время жизни которых мы не знаем заранее, но мы ожидаем, что они продлятся какое-то время. Для большинства языков очень важно знать во время компиляции, насколько велика переменная, если мы хотим сохранить ее в стеке.

Объекты (которые меняются по размеру по мере их обновления) помещаются в кучу, потому что во время создания мы не знаем, как долго они прослужат. Во многих языках куча собирает мусор для поиска объектов (таких как объект cls1), на которые больше нет ссылок.

В Java большинство объектов попадают прямо в кучу. В таких языках, как C / C ++, структуры и классы часто могут оставаться в стеке, когда вы не имеете дело с указателями.

Дополнительную информацию можно найти здесь:

Разница между выделением памяти в стеке и куче «timmurphy.org

и здесь:

Создание объектов в стеке и куче

Эта статья является источником изображения выше: Шесть важных концепций .NET: стек, куча, типы значений, ссылочные типы, упаковка и распаковка - CodeProject

, но имейте в виду, что он может содержать некоторые неточности.

(Я переместил этот ответ из другого вопроса, который был более или менее дублирован этим.)

Ответ на ваш вопрос зависит от реализации и может различаться в зависимости от компилятора и архитектуры процессора. Однако вот упрощенное объяснение.

• И стек, и куча - это области памяти, выделенные из базовой операционной системы (часто виртуальная память, которая отображается на физическую память по запросу).
• В многопоточной среде каждый поток будет иметь свой собственный полностью независимый стек, но они будут совместно использовать кучу. Параллельный доступ должен контролироваться в куче и невозможен в стеке.

Куча

• Куча содержит связанный список используемых и свободных блоков. Новые выделения в куче (по new или malloc) удовлетворяются путем создания подходящего блока из одного из свободных блоков. Это требует обновления списка блоков в куче. Эта метаинформация о блоках в куче также сохраняется в куче, часто в небольшой области перед каждым блоком.
• По мере роста кучи новые блоки часто распределяются с более низких адресов на более высокие адреса. Таким образом, вы можете думать о куче как о куче блоков памяти, размер которой увеличивается по мере выделения памяти. Если куча слишком мала для выделения, размер часто можно увеличить, получив больше памяти из базовой операционной системы.
• Выделение и освобождение большого количества маленьких блоков может оставить кучу в состоянии, когда между используемыми блоками перемежается много маленьких свободных блоков. Запрос на выделение большого блока может завершиться неудачно, потому что ни один из свободных блоков не является достаточно большим, чтобы удовлетворить запрос на выделение, даже если объединенный размер свободных блоков может быть достаточно большим. Это называется фрагментацией кучи .
• Когда используемый блок, который находится рядом со свободным блоком, освобождается, новый свободный блок может быть объединен со смежным свободным блоком для создания большего свободного блока, эффективно уменьшающего фрагментацию кучи.

Стек

• Стек часто работает в тесном тандеме со специальным регистром на ЦП, который называется указателем стека . Первоначально указатель стека указывает на вершину стека (наивысший адрес в стеке).
• ЦП имеет специальные инструкции для помещения значений в стек и выталкивания их обратно из стека. Каждый push сохраняет значение в текущем местоположении указателя стека и уменьшает указатель стека. pop извлекает значение, на которое указывает указатель стека, а затем увеличивает указатель стека (не смущайтесь тем фактом, что добавление значения в стек уменьшает указатель стека и удаление значения увеличивает его . Помните, что стек увеличивается до самого низа). Сохраненные и извлеченные значения - это значения регистров ЦП.
• Когда функция вызывается, ЦП использует специальные инструкции, которые нажимают текущий указатель инструкции , то есть адрес кода, выполняемого в стеке. Затем ЦП переходит к функции, устанавливая указатель инструкции на адрес вызываемой функции. Позже, когда функция возвращается, старый указатель инструкции извлекается из стека, и выполнение возобновляется с кода сразу после вызова функции.
• При входе в функцию указатель стека уменьшается, чтобы выделить больше места в стеке для локальных (автоматических) переменных. Если функция имеет одну локальную 32-битную переменную, в стеке выделяются четыре байта. Когда функция возвращается, указатель стека перемещается назад, чтобы освободить выделенную область.
• Если функция имеет параметры, они помещаются в стек перед вызовом функции. Затем код функции может перемещаться вверх по стеку от текущего указателя стека, чтобы найти эти значения.
• Вызовы функций вложенности работают как шарм. Каждый новый вызов будет выделять параметры функции, адрес возврата и пространство для локальных переменных, и эти записи активации могут быть сложены для вложенных вызовов и будут раскручиваться правильным образом, когда функции вернутся.
• Поскольку стек представляет собой ограниченный блок памяти, вы можете вызвать переполнение стека , вызвав слишком много вложенных функций и / или выделив слишком много места для локальных переменных. Часто область памяти, используемая для стека, настраивается таким образом, что запись ниже нижнего (самого низкого адреса) стека вызывает прерывание или исключение в ЦП. Это исключительное состояние затем может быть обнаружено средой выполнения и преобразовано в какое-то исключение переполнения стека.

Может ли функция быть размещена в куче вместо стека?

Нет, записи активации для функций (т. Е. Локальные или автоматические переменные) размещаются в стеке, который используется не только для хранения этих переменных, но и для отслеживания вызовов вложенных функций.

Управление кучей действительно зависит от среды выполнения. C использует malloc, а C ++ использует new, но во многих других языках есть сборка мусора.

Однако стек - это более низкоуровневая функция, тесно связанная с архитектурой процессора. Увеличивать кучу, когда недостаточно места, не так уж сложно, поскольку это может быть реализовано в вызове библиотеки, который обрабатывает кучу. Однако увеличение стека часто невозможно, поскольку переполнение стека обнаруживается только тогда, когда уже слишком поздно; и отключение потока выполнения - единственный жизнеспособный вариант.

Из WikiAnwser.

Стек

Когда функция или метод вызывает другую функцию, которая по очереди вызывает другую функцию и т. Д., Выполнение всех этих функций приостанавливается до тех пор, пока самая последняя функция не вернет свое значение.

Эта цепочка приостановленных вызовов функций является стеком, поскольку элементы в стеке (вызовы функций) зависят друг от друга.

Стек важно учитывать при обработке исключений и выполнении потоков.

Куча

Куча - это просто память, используемая программами для хранения переменных. Элементы кучи (переменные) не зависят друг от друга и всегда могут быть доступны случайным образом в любое время.

Со стеком можно делать кое-что интересное. Например, у вас есть такие функции, как alloca (при условии, что вы можете обойти многочисленные предупреждения, касающиеся его использования), которая представляет собой форму malloc, которая специально использует стек, а не кучу, для памяти.

Тем не менее, ошибки памяти на основе стека - одни из худших, с которыми мне приходилось сталкиваться. Если вы используете память кучи и вы выходите за границы выделенного блока, у вас есть приличный шанс вызвать ошибку сегмента. (Не на 100%: ваш блок может случайно быть смежным с другим, который вы ранее разместили.) Но поскольку переменные, созданные в стеке, всегда смежны друг с другом, запись за пределы может изменить значение другой переменной. Я узнал, что всякий раз, когда я чувствую, что моя программа перестала подчиняться законам логики, это, вероятно, переполнение буфера.

Просто стек - это место, где создаются локальные переменные. Кроме того, каждый раз, когда вы вызываете подпрограмму, счетчик программы (указатель на следующую машинную инструкцию) и любые важные регистры, а иногда и параметры помещаются в стек. Затем любые локальные переменные внутри подпрограммы помещаются в стек (и используются оттуда). Когда подпрограмма завершается, все это содержимое удаляется из стека. Данные ПК и регистра возвращаются и возвращаются на прежнее место, так что ваша программа может продолжать свой жизненный путь.

Куча - это область памяти, из которой выполняется распределение динамической памяти (явные вызовы "new" или "allocate"). Это специальная структура данных, которая может отслеживать блоки памяти различного размера и их статус распределения.

В «классических» системах ОЗУ располагалась так, что указатель стека начинался в нижней части памяти, указатель кучи начинался сверху, и они увеличивались по направлению друг к другу. Если они перекрываются, у вас закончилась оперативная память. Однако это не работает с современными многопоточными ОС. У каждого потока должен быть свой собственный стек, и они могут создаваться динамически.

Самым важным моментом является то, что куча и стек - это общие термины для способов выделения памяти. Их можно реализовать разными способами, и эти термины относятся к основным концепциям.

• В стопке предметов предметы располагаются один поверх другого в том порядке, в котором они были размещены, и вы можете удалить только верхний (не опрокидывая все это целиком).

  

  Простота стека заключается в том, что вам не нужно поддерживать таблицу, содержащую запись каждого раздела выделенной памяти; единственная информация о состоянии, которая вам нужна, - это единственный указатель на конец стека. Чтобы выделить и освободить выделение, вы просто увеличиваете и уменьшаете этот единственный указатель. Примечание: иногда стек можно реализовать так, чтобы он начинался с вершины раздела памяти и продолжался вниз, а не вверх.

• В куче нет определенного порядка размещения элементов. Вы можете достать и удалить элементы в любом порядке, потому что нет четкого «верхнего» элемента.

  

  Для выделения кучи требуется ведение полной записи о том, какая память выделена, а что нет, а также некоторое обслуживание накладных расходов для уменьшения фрагментации, поиска смежных сегментов памяти, достаточно больших, чтобы соответствовать запрошенному размеру, и так далее. Память можно освободить в любой момент, оставив свободное место. Иногда распределитель памяти выполняет задачи обслуживания, такие как дефрагментация памяти путем перемещения выделенной памяти или сбор мусора - определение во время выполнения, когда память больше не находится в области видимости, и освобождение ее.

Эти изображения должны достаточно хорошо описывать два способа выделения и освобождения памяти в стеке и куче. Ням!

• В какой степени они контролируются ОС или языковой средой выполнения?

  Как уже упоминалось, «куча» и «стек» являются общими понятиями и могут быть реализованы разными способами. Компьютерные программы обычно имеют стек, называемый стеком вызовов , в котором хранится информация, относящаяся к текущей функции, такая как указатель на ту функцию, из которой она была вызвана, и любые локальные переменные. Поскольку функции вызывают другие функции, а затем возвращаются, стек увеличивается и сжимается, чтобы удерживать информацию от функций, находящихся ниже по стеку вызовов. Программа фактически не контролирует ее во время выполнения; это определяется языком программирования, ОС и даже архитектурой системы.

  Куча - это общий термин, используемый для любой памяти, которая выделяется динамически и случайным образом; т.е. вышло из строя. Память обычно выделяется ОС, а приложение вызывает функции API для выполнения этого распределения. При управлении динамически выделяемой памятью требуются изрядные накладные расходы, которые обычно обрабатываются кодом времени выполнения используемого языка программирования или среды.

• Каков их объем?

  Стек вызовов - это настолько низкоуровневая концепция, что она не имеет отношения к «области действия» в смысле программирования. Если вы дизассемблируете какой-то код, вы увидите относительные ссылки стиля указателя на части стека, но, что касается языка более высокого уровня, язык накладывает свои собственные правила области видимости. Однако одним из важных аспектов стека является то, что после возврата из функции все, что является локальным для этой функции, немедленно освобождается из стека. Это работает так, как вы ожидаете, учитывая то, как работают ваши языки программирования. В куче тоже сложно определить. Область видимости - это то, что предоставляется ОС, но ваш язык программирования, вероятно, добавляет свои правила о том, что такое «область видимости» в вашем приложении. Архитектура процессора и ОС используют виртуальную адресацию, которую процессор преобразует в физические адреса, и возникают ошибки страниц и т. Д. Они отслеживают, какие страницы каким приложениям принадлежат. Однако вам никогда не стоит об этом беспокоиться, потому что вы просто используете тот метод, который использует ваш язык программирования для выделения и освобождения памяти и проверки на наличие ошибок (если выделение / освобождение не удается по какой-либо причине).

• От чего зависит размер каждого из них?

  Опять же, это зависит от языка, компилятора, операционной системы и архитектуры. Стек обычно выделяется заранее, потому что по определению это должна быть непрерывная память. Компилятор языка или ОС определяют его размер. Вы не храните огромные блоки данных в стеке, поэтому он будет достаточно большим, чтобы его никогда нельзя было использовать полностью, за исключением случаев нежелательной бесконечной рекурсии (отсюда «переполнение стека») или других необычных программных решений.

  >

  Куча - это общий термин для всего, что может быть размещено динамически. В зависимости от того, как вы на это смотрите, он постоянно меняет размер. В современных процессорах и операционных системах точный способ его работы в любом случае очень абстрагирован, поэтому вам обычно не нужно сильно беспокоиться о том, как он работает в глубине души, за исключением того, что (на языках, где это позволяет) вы не должны использовать память, которая вы еще не выделили или освободили память.

• Что делает человека быстрее?

  Стек работает быстрее, потому что вся свободная память всегда непрерывна. Нет необходимости вести список всех сегментов свободной памяти, только один указатель на текущую вершину стека. Для этой цели компиляторы обычно хранят этот указатель в специальном быстром регистре. Более того, последующие операции в стеке обычно сосредоточены в очень близких областях памяти, что на очень низком уровне хорошо для оптимизации с помощью кэшей на кристалле процессора.

Другие прямо ответили на ваш вопрос, но, пытаясь понять стек и кучу, я думаю, полезно рассмотреть структуру памяти традиционного процесса UNIX (без потоков и распределителей на основе mmap()). На веб-странице Глоссарий управления памятью есть схема этой структуры памяти.

Стек и куча традиционно расположены на противоположных концах виртуального адресного пространства процесса. Стек автоматически увеличивается при доступе до размера, установленного ядром (который можно настроить с помощью setrlimit(RLIMIT_STACK, ...)). Куча увеличивается, когда распределитель памяти вызывает системный вызов brk() или sbrk(), отображая больше страниц физической памяти в виртуальное адресное пространство процесса.

В системах без виртуальной памяти, таких как некоторые встроенные системы, часто применяется одна и та же базовая схема, за исключением того, что размер стека и кучи фиксирован. Однако в других встроенных системах (например, на базе микроконтроллеров Microchip PIC) программный стек представляет собой отдельный блок памяти, который не адресуется инструкциями перемещения данных и может быть изменен или прочитан только косвенно с помощью инструкций потока программы (call, возврат и т. д.). Другие архитектуры, такие как процессоры Intel Itanium, имеют несколько стеков. В этом смысле стек является элементом архитектуры ЦП.

Я думаю, что многие другие люди дали вам в основном правильные ответы на этот вопрос.

Одна деталь, которая была упущена, заключается в том, что "кучу" на самом деле, вероятно, следует называть "бесплатным хранилищем". Причина этого различия заключается в том, что исходное бесплатное хранилище было реализовано со структурой данных, известной как «биномиальная куча». По этой причине распределение из ранних реализаций malloc () / free () было распределением из кучи. Однако в наши дни большинство бесплатных хранилищ реализовано с очень сложными структурами данных, которые не являются биномиальными кучами.

Другие довольно хорошо ответили на общие черты, поэтому я добавлю несколько деталей.

1. Стек и куча не обязательно должны быть единичными. Обычная ситуация, когда у вас есть более одного стека, - это если у вас есть более одного потока в процессе. В этом случае у каждого потока есть свой стек. У вас также может быть более одной кучи, например, некоторые конфигурации DLL могут приводить к тому, что разные библиотеки DLL выделяются из разных куч, поэтому обычно плохая идея освобождать память, выделенную другой библиотекой.

2. В C вы можете получить преимущество распределения переменной длины за счет использования alloca, которая выделяется в стеке, в отличие от alloc, которая выделяется в куче. Эта память не выдержит вашего оператора return, но она полезна для буфера очистки.

3. Создание огромного временного буфера в Windows, который вы не используете в значительной степени, не является бесплатным. Это связано с тем, что компилятор будет генерировать цикл проверки стека, который вызывается каждый раз при входе в вашу функцию, чтобы убедиться, что стек существует (потому что Windows использует одну страницу защиты в конце вашего стека, чтобы определить, когда ей нужно увеличить стек. Если вы обращаетесь к памяти более чем на одну страницу с конца стека, произойдет сбой). Пример:

void myfunction()
{
   char big[10000000];
   // Do something that only uses for first 1K of big 99% of the time.
}

Стек - это часть памяти, которой можно управлять с помощью нескольких ключевых инструкций языка ассемблера, таких как pop (удаление и возврат значения из стека) и push (отправка значения в стек), но также вызвать (вызвать подпрограмму - это подталкивает адрес к возврату в стек) и return (возврат из подпрограммы - это выталкивает адрес из стека и переходит к нему). Это область памяти ниже регистра указателя стека, которую можно настроить по мере необходимости. Стек также используется для передачи аргументов подпрограммам, а также для сохранения значений в регистрах перед вызовом подпрограмм.

Куча - это часть памяти, которая предоставляется приложению операционной системой, обычно с помощью системного вызова, такого как malloc. В современных ОС эта память представляет собой набор страниц, к которым имеет доступ только вызывающий процесс.

Размер стека определяется во время выполнения и обычно не увеличивается после запуска программы. В программе на C стек должен быть достаточно большим, чтобы вместить каждую переменную, объявленную в каждой функции. Куча будет расти динамически по мере необходимости, но ОС в конечном итоге выполняет вызов (она часто увеличивает кучу больше, чем значение, запрошенное malloc, так что по крайней мере некоторым будущим маллокам не нужно будет возвращаться к ядру, чтобы получить больше памяти. Это поведение часто настраивается)

Поскольку вы выделили стек перед запуском программы, вам никогда не нужно выполнять malloc, прежде чем вы сможете использовать стек, так что это небольшое преимущество. На практике очень сложно предсказать, что будет быстрым, а что медленным в современных операционных системах с подсистемами виртуальной памяти, потому что то, как реализованы страницы и где они хранятся, является деталью реализации.

Стек Когда вы вызываете функцию, аргументы этой функции плюс некоторые другие накладные расходы помещаются в стек. Некоторая информация (например, куда пойти по возвращении) также хранится там. Когда вы объявляете переменную внутри своей функции, эта переменная также выделяется в стеке.

Освободить стек довольно просто, потому что вы всегда освобождаете в обратном порядке, в котором вы выделяете. Материал стека добавляется при вводе функций, соответствующие данные удаляются при выходе из них. Это означает, что вы склонны оставаться в небольшой области стека, если вы не вызываете множество функций, которые вызывают множество других функций (или не создаете рекурсивное решение).

Куча Куча - это общее имя, куда вы помещаете данные, которые вы создаете на лету. Если вы не знаете, сколько космических кораблей собирается создать ваша программа, вы, вероятно, воспользуетесь оператором new (или malloc или эквивалентным) для создания каждого космического корабля. Это распределение будет сохраняться какое-то время, поэтому вполне вероятно, что мы будем освобождать вещи в другом порядке, чем мы их создавали.

Таким образом, куча намного сложнее, потому что в конечном итоге остаются неиспользуемые области памяти, чередующиеся с фрагментами, которые - память фрагментируется. Найти свободную память нужного вам размера - сложная задача. Вот почему следует избегать создания кучи (хотя она все еще часто используется).

Реализация Реализация как стека, так и кучи обычно зависит от среды выполнения / ОС. Часто игры и другие приложения, которые критичны к производительности, создают свои собственные решения для памяти, которые захватывают большой кусок памяти из кучи и затем распределяют его внутри, чтобы не полагаться на ОС в качестве памяти.

Это практично только в том случае, если ваше использование памяти сильно отличается от нормы - например, для игр, где вы загружаете уровень за одну огромную операцию и можете выбросить все это за одну огромную операцию.

Физическое расположение в памяти Это менее актуально, чем вы думаете, из-за технологии под названием Virtual Memory, которая заставляет вашу программу думать, что у вас есть доступ к определенному адресу, где физические данные находятся где-то еще (даже на жестком диске!). Адреса, которые вы получаете для стека, располагаются в порядке возрастания по мере того, как ваше дерево вызовов становится глубже. Адреса кучи непредсказуемы (т.е. зависят от имплементации) и, откровенно говоря, не важны.

Стек :

• Хранится в ОЗУ компьютера как в куче.
• Переменные, созданные в стеке, выходят за пределы области видимости и автоматически освобождаются.
• Гораздо быстрее выделять по сравнению с переменными в куче.
• Реализовано с фактической структурой данных стека.
• Хранит локальные данные, адреса возврата, используемые для передачи параметров.
• Может иметь место переполнение стека, когда используется слишком большая часть стека (в основном из-за бесконечной или слишком глубокой рекурсии, очень больших выделений).
• Данные, созданные в стеке, можно использовать без указателей.
• Вы могли бы использовать стек, если точно знаете, сколько данных вам нужно выделить до времени компиляции, и он не слишком большой.
• Обычно максимальный размер уже определяется при запуске вашей программы.

Колда :

• Хранится в ОЗУ компьютера так же, как в стеке.
• В C ++ переменные в куче должны быть уничтожены вручную и никогда не выпадают из области видимости. Данные освобождаются с помощью delete, delete[] или free.
• Медленнее выделяется по сравнению с переменными в стеке.
• Используется по запросу для выделения блока данных для использования программой.
• Может иметь место фрагментация при большом количестве выделений и освобождений.
• В C ++ или C данные, созданные в куче, будут указываться указателями и выделены с помощью new или malloc соответственно.
• Могут происходить сбои выделения, если запрошен слишком большой буфер для выделения.
• Кучу можно использовать, если вы точно не знаете, сколько данных вам понадобится во время выполнения, или если вам нужно выделить много данных.
• Ответственный за утечки памяти.

Пример :

int foo()
{
  char *pBuffer; //<--nothing allocated yet (excluding the pointer itself, which is allocated here on the stack).
  bool b = true; // Allocated on the stack.
  if(b)
  {
    //Create 500 bytes on the stack
    char buffer[500];

    //Create 500 bytes on the heap
    pBuffer = new char[500];

   }//<-- buffer is deallocated here, pBuffer is not
}//<--- oops there's a memory leak, I should have called delete[] pBuffer;