嵌入式——什么是堆、什么是栈
嵌入式
文章目录
- 嵌入式
- 一、什么是堆
- 二、什么是栈
- 总结
堆（Heap）和栈（Stack）是计算机内存中两种不同的数据存储方式。
一、什么是堆
（1）堆是一种内存管理方式，其内存空间不是连续的，而是杂乱无章的，通过指针来定位数据的存储位置。堆用于动态分配内存，可以根据需要动态地分配和释放内存。堆的大小通常受到计算机系统中物理内存和虚拟内存的限制。其特点就是自由（随时申请、释放、大小块随意）。
（2）堆内存是操作系统划分给堆管理器（操作系统的一段代码，属于操作系统内存管理单元）来管理的，然后向使用者（用户进程）提供API（malloc和free）来使用堆内存。
（3）什么时候需要使用堆内存？需要内存容量比较大时、需要反复使用及释放时，很多数据结构（譬如链表）的使用都需要使用堆内存。
2.堆内存管理的特点
（1）容量不限（常规需求都能满足）。
（2）申请及释放都需要手动进行，若使用完后没有释放则会造成内存泄漏，内存泄漏的堆积会导致内存溢出甚至系统崩溃。
3.C语言操作堆内存的接口
（1）堆内存申请时有三个功能类似的函数：malloc、calloc、realloc。
void *malloc(size_t size); // 申请指定大小的内存
void *calloc(size_t nmemb, size_t size); // 申请nmemb个内存单元，每个size字节
void *realloc(void *ptr, size_t size); // 改变已经申请的空间的大小
（2）堆内存释放最简单，直接调用free函数即可。
void free(void *ptr);
（3）代码示例：
// 譬如要申请10个int元素的内存
malloc(40);
calloc(10, 4);
（4）C语言定义数组时必须给出数组元素个数，且无法再修改。而在Java等高级语言中，则可以修改数组大小，其原理是重新创建一个新的数组，然后释放掉原数组。realloc的实现原理也类似。
二、什么是栈
1.什么是栈？
（1）栈是一种数据结构，遵循后进先出（Last In, First Out，LIFO）的原则。
栈用于存储函数调用的局部变量、函数参数、函数返回地址以及临时数据。栈的大小是有限制的，通常由操作系统预先分配好。栈的分配和释放是由编译器自动管理的。当进入一个新的函数作用域时，局部变量和函数参数会被压入栈中；当函数退出作用域时，栈会自动弹出这些数据，以便为下一个函数调用做准备。
void func1() {int x = 1; // x 被压入栈中// ...
} // x 从栈中弹出
2.栈管理内存的特点（小内存、自动化）
（1）先进后出（FILO），而队列是先进先出（FIFO）。
（2）栈的特点是入口即出口，只有一个口，另一个口是堵死的，所以是先进后出。而队列的特点是入口和出口都有，必须从入口进去，从出口出来，所以是先进先出。
3.栈的应用举例：局部变量
（1）C语言中的局部变量是用栈来实现的，定义局部变量时，对应操作是入栈（自动化）；函数退出局部变量注销的时候，对应的操作是出栈（自动化）。
（2）栈的优点：方便，分配和回收都不用程序员自己操作，C语言自动完成。
（3）定义局部变量但未初始化，值是随机的，为什么？
因为栈是反复使用的，并且每次使用完之后没有清零。
4.栈的优势和劣势
（1）优势：自动化，不用程序员手动操作内存。
（2）劣势：首先，栈是有大小的，所以栈内存大小不好设置。所以太小怕溢出，太大怕浪费内存（与数组类似）。其次，栈溢出的危害很大，一定要避免。所以我们在C语言中定义局部变量时不能定义太多或者太大（譬如不能定义int a[10000];使用递归来解决问题时一定要注意递归收敛）。
总结
区别和联系：
1.存储方式：栈是一种线性的存储结构，而堆是一种树状的存储结构。
分配和释放：栈的分配和释放是由编译器自动管理的，而堆需要手动分配和释放。
2.空间大小：栈的大小通常是固定的，由操作系统预先分配，而堆的大小受到物理内存和虚拟内存的限制。
3.数据生存周期：栈中的数据生命周期与其所在函数的执行周期相关联，函数执行完毕时，栈中的数据会被自动释放；而堆中的数据可以在程序的任意阶段使用，并且需要手动释放以避免内存泄漏。
总的来说，栈主要用于存储函数调用相关的数据，而堆则用于动态分配内存以存储动态数据。