什么时候用堆，什么时候用栈？

参考文章：

《c++面试题之内存分配》

一、首先，回顾一下c、c++的内存分配机制。

 一个C、C++程序编译时内存分为5大存储区：

堆区、栈区、静态区（全局区）、文字常量区（储存字符串常量）、程序代码区（存放二进制程序）

下面主要阐述前面三个。

（1）静态存储区域：

静态存储区域的内存在程序编译时就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。速度快、不容易出错，因为有系统会善后。例如全局变量，static变量等。
（2）栈：
 在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
（3）堆：
 动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活。如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，另外频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

二、下面来比较一下堆和栈的区别。

堆和栈的主要区别由以下几点：
  1、管理方式不同；
  2、空间大小不同；
  3、能否产生碎片不同；
  4、生长方向不同；
  5、分配方式不同；
  6、分配效率不同；
（1）管理方式

对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生内存泄露。
（2）空间大小：

一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看 堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。当然，这个值可以修改。
（3）碎片问题

对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构。
（4）生长方向

对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
（5）分配方式

堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的， 比如局部变量的分配。动态分配由malloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
（6）分配效率

栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

本文总结：

从上面的讨论我们可以看出：

（1）与堆相比，栈不会导致内存碎片，分配效率高。

所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址， EBP和局部变量都采用栈的方式存放。如果少量数据需要频繁的操作，那么在程序中动态申请少量栈内存（例如使用alloca函数），会获得很好的性能提升。

（2）堆可以申请的内存大很多。
与堆相比，栈的使用不是那么灵活，如果分配大量的内存空间，推荐使用堆内存。

很多人说，如果变量要使用的内存长度不确定的时候，就是使用malloc或者new等申请动态内存。

但是这是不正确的，从上面的讨论可以看出，在栈上也可以为长度不确定的变量动态申请内存。

不过在栈上动态申请内存需要注意一些问题。详细的内容请参考下面的文章。

《alloca——可以在栈中动态分配内存的函数》

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