栈和堆都是代码在运行时可供使用的内存,但是它们的结构不同。
栈,Stack
栈以放入值的顺序存储值并以相反顺序取出值。这也被称作 后进先出(last in, first out)。
想象一下一叠盘子:当增加更多盘子时,把它们放在盘子堆的顶部,当需要盘子时,也从顶部拿走。
不能从中间也不能从底部增加或拿走盘子!
增加数据叫做 进栈(pushing onto the stack),而移出数据叫做 出栈(popping off the stack)。
栈中的所有数据都必须占用已知且固定的大小。
在编译时大小未知或大小可能变化的数据,要改为存储在堆上。
堆,Heap
堆是缺乏组织的:当向堆放入数据时,你要请求一定大小的空间。
内存分配器(memory allocator)在堆的某处找到一块足够大的空位,把它标记为已使用,并返回一个表示该位置地址的 指针(pointer)。 这个过程称作 在堆上分配内存(allocating on the heap),有时简称为 “分配”(allocating)。(将数据推入栈中并不被认为是分配)。
因为指向放入堆中数据的指针是已知的并且大小是固定的,你可以将该指针存储在栈上,不过当需要实际数据时,必须访问指针。
想象一下去餐馆就座吃饭。当进入时,你说明有几个人,餐馆员工会找到一个够大的空桌子并领你们过去。 如果有人来迟了,他们也可以通过询问来找到你们坐在哪。
比较
入栈比在堆上分配内存要快,因为(入栈时)分配器无需为存储新数据去搜索内存空间;其位置总是在栈顶。 相比之下,在堆上分配内存则需要更多的工作,这是因为分配器必须首先找到一块足够存放数据的内存空间,并接着做一些记录为下一次分配做准备。
访问堆上的数据比访问栈上的数据慢,因为必须通过指针来访问。现代处理器在内存中跳转越少就越快(缓存)。
继续类比,假设有一个服务员在餐厅里处理多个桌子的点菜。 在一个桌子报完所有菜后再移动到下一个桌子是最有效率的。 从桌子 A 听一个菜,接着桌子 B 听一个菜,然后再桌子 A,然后再桌子 B 这样的流程会更加缓慢。 出于同样原因,处理器在处理的数据彼此较近的时候(比如在栈上)比较远的时候(比如可能在堆上)能更好的工作。
当你的代码调用一个函数时,传递给函数的值(包括可能指向堆上数据的指针)和函数的局部变量被压入栈中。当函数结束时,这些值被移出栈。