堆区和栈区的区别

一、程序内存的区域

在这里插入图片描述
1、栈区(stack)
由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等,内存的分配是连续的,类似于平时我们说的栈,,如果还不清楚,那么就把它想成数组,它的内存分配是连续分配的,即,所分配的内存是在一块连续的内存区域内.当我们声明变量时,那么编译器会自动接着当前栈区的结尾来分配内存。
2、堆区(heap)
一般由程序员分配释放,若是程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收,类似于链表,在内存中的分布是不连续的,它们是不同区域的内存块通过指针链接起来的。一旦某一节点从链中断开,我们要人为的把所有断开的节点从内存中释放。
3、全局区(静态区)(static)
全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量是在一块区域,未初始化的全局全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
4、文字常量区
常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
5、程序代码区
存放函数体的二进制代码。

二、堆和栈的区别

1、申请方式不同
栈:由系统自动分配。例如:在函数中定义一个局部变量 int a = 0;系统会在栈上自动开辟相应大小
注意:系统首先会去查看栈上是否有足够的区域去开辟该空间,如果有就开辟,如果没有则栈溢出
堆:由程序员自己去申请开辟,并且指明大小。

2、申请大小的限制
栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。
堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

3、申请效率的比较
栈:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
堆:由new/malloc分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.(new/malloc后一定要显示的调用free/delete去释放内存)

4、堆和栈中的存储内容
栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。
堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

5、底层结构不同
栈:是连续的空间
堆:不是连续的空间

请注意:在栈上所申请的内存空间,当我们出了变量所在的作用域后,系统会自动我们回收这些空间,而在堆上申请的空间,当出了相应的作用域以后,我们需要显式 的调用delete来释放所申请的内存空间,如果我们不及时得对这些空间进行释放,那么内存中的内存碎片就越来越多,从而我们的实际内存空间也就会变的越 来越少,即,孤立的内存块越来越多.在这里,我们知道,堆中的内存区域不是连续的,还是将有效的内存区域经过链表指针连接起来的,如果我们申请到了某一块 内存,那么这一块内存区将会从连续的(通过链表连接起来的)内存块上断开,如果我们在使用完后,不及时的对它进行释放,那么它就会孤立的开来,由于没有任 何指针指向它,所以这个区域将成为内存碎片,所以在使用完动态分配的内存(通过NEW申请)后,一定要显式的对它进行DELETE删除.对于这一点,一定 要切记...

<think> 我们正在讨论内存管理中的,以及溢出的定义。 根据引用内容,我们可以总结如下: 1. (Heap)(Stack)的区别: - :由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、局部变量等。其操作方式类似于数据结构中的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。 - :一般由程序员分配释放(在C/C++中通过`malloc`/`new``free`/`delete`,在Java等有垃圾回收机制的语言中由GC自动回收)。内存的分配是动态的,容量较大,但管理相对复杂。 2. 溢出(Stack Overflow): - 定义:当程序调用的层次过深(例如无限递归)或者局部变量占用空间过大(例如大数组)时,会导致空间不足,从而发生溢出错误。 - 表现:在C/C++等语言中,溢出通常导致程序崩溃(如段错误);在Java中,会抛出`StackOverflowError`或`OutOfMemoryError`(当扩展失败时)[^2][^4]。 引用中提供了详细的解释: - 溢出发生的原因是:函数调用时,需要将调用前的数据压入中,调用结束后释放。如果一直压入(如无限递归)或一次压入的内容太多(如大局部变量),就会耗尽内存[^1]。 - 溢出则是由于不断申请内存而不释放,导致内存耗尽。 此外,引用还提到: - 溢出不仅影响当前函数的帧,还可能向上影响调用,导致调用关系丢失[^3]。 - 溢出则可能影响到上其他内存块,具体取决于内存分配算法。 因此,回答将围绕这两个方面展开。 </think> ### 内存区别溢出定义 #### 一、内存的核心区别 1. **内存管理方式** - ****:由操作系统自动管理 - 函数调用时自动分配,调用结束自动释放 - 遵循先进后出(FILO)原则 - 分配速度快但容量有限 $$ \text{指针} \rightarrow \text{函数参数} \rightarrow \text{返回地址} \rightarrow \text{局部变量} $$ - ****:由程序员手动管理 - 通过`malloc/new`显式申请内存 - 需通过`free/delete`显式释放 - 分配速度慢但容量较大 $$ \text{内存} = \bigcup_{i=1}^{n} \text{动态分配块}_i $$ 2. **存储内容** | 特性 | | | |--------------|--------------------------|--------------------------| | 存储对象 | 函数参数、局部变量 | 动态分配对象 | | 生命周期 | 函数作用域 | 手动控制 | | 空间连续性 | 连续内存块 | 碎片化空间 | | 典型错误 | 溢出(Stack Overflow) | 内存泄漏(Memory Leak) | 3. **地址空间特性** - 内存地址从高向低增长 - 内存地址从低向高增长 $$ \text{进程内存布局:} \begin{array}{|c|} \hline \text{} \\ \hline \downarrow \\ \hline \text{} \\ \hline \uparrow \\ \hline \text{全局/静态} \\ \hline \text{代码} \\ \hline \end{array} $$ #### 二、溢出的定义与机制 1. **核心定义** 当程序使用的空间超过操作系统分配给线程的大小时,发生**溢出(Stack Overflow)**。此时会触发: - `StackOverflowError`(JVM等托管环境) - 段错误(Segmentation Fault)(C/C++等原生环境)[^1][^2] 2. **发生机制** - 深度递归调用导致帧累积: $$ S_{\text{total}} = \sum_{i=1}^{n} S_{\text{frame}_i} > S_{\text{max}} $$ 其中 $S_{\text{max}}$ 为最大容量 - 大局部变量(如超大数组)单次压: $$ V_{\text{local}} > S_{\text{max}} $$ 3. **典型场景** ```c // 无限递归导致溢出 void stack_overflow() { char data[1024*1024]; // 1MB局部变量 stack_overflow(); // 递归调用 } ``` - 每次递归消耗约1MB空间 - 默认大小通常为1-8MB(取决于系统) - 约10次递归即耗尽空间[^4][^5] #### 三、溢出与溢出对比 | 特性 | 溢出 | 溢出 | |---------------|---------------------------|---------------------------| | **触发原因** | 深度递归/大局部变量 | 内存泄漏/超大对象分配 | | **错误类型** | `StackOverflowError` | `OutOfMemoryError` | | **影响范围** | 破坏调用结构[^3] | 污染内存数据 | | **定位难度** | 调用回溯直接定位 | 需内存分析工具 | | **解决方式** | 优化递归/减小局部变量 | 修复内存泄漏/增大空间 | #### 四、溢出防护实践 1. **递归深度控制** ```python def safe_recursion(n, max_depth=1000): if n == 0: return 0 if abs(n) > max_depth: raise RecursionError("Depth limit exceeded") return n + safe_recursion(n-1, max_depth) ``` 2. **大对象转移内存** ```c void process_large_data() { // 分配(危险) // char buffer[1024*1024]; // 分配(安全) char* buffer = malloc(1024*1024); // ...处理逻辑... free(buffer); } ``` 3. **大小调整(Linux示例)** ```bash ulimit -s 2048 # 设置大小为2MB ``` --- ###
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