【C++ 面试 - 内存管理】每日 3 题（三）
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📚专栏简介：在这个专栏中，我将会分享 C++ 面试中常见的面试题给大家~
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7. 堆和栈的区别
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申请方式不同
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栈由系统自动分配。
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堆是自己申请和释放的。
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申请大小限制不同
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栈顶和栈底是之前预设好的，栈是向栈底扩展，大小固定，可以通过 ulimit -a 查看，由 ulimit -s 修改。
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堆向高地址扩展，是不连续的内存区域，大小可以灵活调整。
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申请效率不同
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栈由系统分配，速度快，不会有碎片。
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堆由程序员分配，速度慢，且会有碎片。
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栈空间默认是 4M，堆区一般是 1G - 4G。
| 堆 | 栈 | |
| 管理方式 | 堆中资源由程序员控制（容易产生 memory leak） | 栈资源由编译器自动管理，无需手工控制 |
| 内存管理机制 | 系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，删除空闲结点链表中的该结点，并将该结点空间分配给程序（大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小，这样 delete 才能正确释放本内存空间，另外系统会将多余的部分重新放入空闲链表中） | 只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，否则报异常提示栈溢出。（这一块理解一下链表和队列的区别，不连续空间和连续空间的区别，应该就比较好理解这两种机制的区别了） |
| 空间大小 | 堆是不连续的内存区域（因为系统是用链表来存储空闲内存地址，自然不是连续的），堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存（32bit 系统理论上是 4G），所以堆的空间比较灵活，比较大 | 栈是一块连续的内存区域，大小是操作系统预定好的，windows 下栈大小是 2M（也有是 1M，在编译时确定，VC 中可设置） |
| 碎片问题 | 对于堆，频繁的 new/delete 会造成大量碎片，使程序效率降低 | 对于栈，它是有点类似于数据结构上的一个先进后出的栈，进出一一对应，不会产生碎片。（看到这里我突然明白了为什么面试官在问我堆和栈的区别之前先问了我栈和队列的区别） |
| 生长方向 | 堆向上，向高地址方向增长。 | 栈向下，向低地址方向增长。 |
| 分配方式 | 堆都是动态分配（没有静态分配的堆） | 栈有静态分配和动态分配，静态分配由编译器完成（如局部变量分配），动态分配由 alloca 函数分配，但栈的动态分配的资源由编译器释放，无需程序员实现。 |
| 分配效率 | 堆由 C/C++ 函数库提供，机制很复杂。所以堆的效率比栈低很多。 | 栈是其系统提供的数据结构，计算机在底层对栈提供支持，分配专门寄存器存放栈地址，栈操作有专门指令。 |
形象的比喻
栈就像我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
堆就像是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。
8. 你觉得堆快一点还是栈快一点？
毫无疑问是栈快一点。
因为操作系统会在底层对栈提供支持，会分配专门的寄存器存放栈的地址，栈的入栈出栈操作也十分简单，并且有专门的指令执行，所以栈的效率比较高也比较快。
而堆的操作是由 C/C++ 函数库提供的，在分配堆内存的时候需要一定的算法寻找合适大小的内存。并且获取堆的内容需要两次访问，第一次访问指针，第二次根据指针保存的地址访问内存，因此堆比较慢。
9. 介绍什么时候会发生栈溢出和堆溢出？
栈溢出：
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函数调用层次过深，每调用一次，函数的参数、局部变量等信息就压一次栈。
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局部静态变量体积太大。
堆溢出：
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动态申请空间使用之后没有释放。