стек против стека и куча против кучи

«Стек» и «куча» - это куски памяти, используемые определенным образом программой или операционной системой. Например, стек вызовов может содержать данные, относящиеся к вызовам функций и куча - это область памяти, специально используемая для динамического распределения пространства.

Сравните их со стеком и кучей структурами данных.

стек можно рассматривать как массив, в котором последним элементом будет первый элемент вышел. Операции с этим называются push и pop.

куча - это структура данных, представляющая особый тип графа, в котором значение каждого узла больше, чем у дочерних узлов.

Кстати, имейте в виду, что «стек» или «куча» или любая из структур данных стека / кучи уникальны для любого данного языка программирования, но являются просто концепциями в области информатики.

Я не буду вдаваться в виртуальную память (прочтите об этом, если хотите), поэтому давайте упростим и скажем, что у вас есть ОЗУ определенного размера.

У вас есть код со статическими инициализированными данными, с некоторыми статическими неинициализированными данными (статические в C ++ означают такие же, как глобальные переменные). У тебя есть код.

Когда вы что-то компилируете, компилятор (и компоновщик) организует и переводит ваш код в машинный код (байтовый код, единицы и нули) следующим образом:

Двоичный файл (и объектные файлы) организован в сегменты (части ОЗУ).

Сначала у вас есть сегмент ДАННЫХ. Это сегмент, содержащий значения инициализированных переменных. поэтому, если у u есть переменные, то есть int a=3, b = 4, они перейдут в сегмент DATA (4 байта ОЗУ, содержащие 00000003h, и другие 4 байта, содержащие 000000004h, шестнадцатеричное представление). Они хранятся последовательно.

Тогда у вас есть сегмент кода. Весь ваш код переводится в машинный код (единицы и нули) и сохраняется в этом сегменте последовательно.

Тогда у вас есть сегмент BSS. Идут неинициализированные глобальные вары (все статические вары, которые не были инициализированы).

Тогда у вас есть сегмент СТЕК. Это зарезервировано для стека. Размер стека по умолчанию определяется операционной системой. Вы можете изменить это значение, но сейчас я не буду вдаваться в подробности. Все локальные переменные идут сюда. Когда вы вызываете какую-либо функцию, сначала аргументы func помещаются в стек, затем возвращают адрес (куда вернуться при выходе из функции), затем сюда помещаются некоторые регистры компьютера, и, наконец, все локальные переменные, объявленные в функции, получают свои зарезервированные место в стопке.

И у вас есть сегмент HEAP. Это часть ОЗУ (размер также определяется ОС), где объекты и данные хранятся с помощью оператора new.

Затем все сегменты складываются один за другим DATA, CODE, BSS, STACK, HEAP. Есть и другие сегменты, но они здесь не интересны и загружаются в оперативную память операционной системой. В двоичном файле также есть заголовки, содержащие информацию о том, с какого места (адреса в памяти) начинается ваш код.

Короче говоря, все они являются частями ОЗУ, поскольку все, что выполняется, загружается в ОЗУ (не может быть ни в ПЗУ (только для чтения), ни на жесткий диск, поскольку жесткий диск предназначен только для хранения файлов.

Когда речь идет конкретно о модели памяти C ++, куча и стек относятся к областям памяти. Это легко спутать со структурой данных стека и структурой данных кучи. Однако это отдельные понятия.

При обсуждении языков программирования стековая память называется «стеком», потому что она ведет себя как стековая структура данных. Куча - это немного неправильное название, поскольку оно не обязательно (или вероятно) использует структуру данных кучи. См. Почему две разные концепции называются кучей? обсуждение того, почему имена кучи C ++ и структуры данных совпадают, несмотря на то, что это две разные концепции.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, это зависит от контекста. В контексте языков программирования и управления памятью куча и стек относятся к областям памяти с определенными свойствами. В противном случае они относятся к конкретным структурам данных.

Техническое определение «стека» - это структура данных «последним вошел - первым ушел» (LIFO), в которой данные вставляются и снимаются сверху. Как и в случае со стопкой пластин в реальном мире, вы не будете вытаскивать одну из середины или снизу, вы [обычно] не извлекаете данные из середины или нижней части стека структур данных. Когда кто-то говорит о стеке с точки зрения программирования, это может часто (но не всегда) иметь в виду аппаратный стек, который управляется регистром указателя стека в ЦП.

Что касается «кучи», это обычно становится гораздо более расплывчатым с точки зрения определения, с которым каждый может согласиться. Лучшее определение, вероятно, - «большой объем свободной памяти, из которой выделяется пространство для управления динамической памятью». Другими словами, когда вам нужна новая память, будь то для массива или объекта, созданного с помощью оператора new, она поступает из кучи, которую ОС зарезервировала для вашей программы. Это «куча» из точки обзора вашей программы, но просто «куча» из точки обзора ОС.

Важная вещь, которую вы должны знать о стеках, - это связь между стеком и вызовами функций / методов. Каждый вызов функции резервирует пространство в стеке, называемое кадром стека. Это пространство содержит ваши автоматические переменные (объявленные внутри тела функции). При выходе из функции фрейм стека и все содержащиеся в нем автоматические переменные исчезают.

Этот механизм очень дешев с точки зрения используемых ресурсов ЦП, но время жизни этих выделенных в стеке переменных, очевидно, ограничено объемом функции.

С другой стороны, выделения памяти (объекты) в куче могут существовать «вечно» или столько, сколько они вам нужны, независимо от потока управления вашей программой. Обратной стороной является то, что вы не получаете автоматического управления временем жизни этих объектов, выделенных в куче, вам нужно либо 1) управлять временем жизни самостоятельно, либо 2) использовать специальные механизмы, такие как интеллектуальные указатели, для управления временем жизни этих объектов. Если вы ошиблись, ваша программа имеет утечку памяти или доступ к данным, которые могут неожиданно измениться.

Re: Ваш вопрос о стеке и стеке: когда вы используете несколько потоков, каждый поток имеет отдельный стек, так что каждый поток может входить и выходить из функций / методов независимо. Большинство однопоточных программ имеют только один стек: «стек» в общей терминологии.

То же и с кучей. Если у вас есть особая потребность, можно выделить несколько куч и выбрать во время выделения, какую кучу следует использовать. Это гораздо реже (и гораздо более сложная тема, чем я упомянул здесь).