关于堆和栈、一级缓存和二级缓存的理解

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分类专栏： 内存分布 文章标签： 堆栈
于 2020-06-04 16:26:39 首次发布
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本文深入探讨了数据结构中的堆和栈概念，及其在内存分配中的应用，同时讲解了一级缓存和二级缓存的工作原理，分析了它们在提高CPU读写速率中的作用。

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关于堆和栈、一级缓存和二级缓存的理解

数据结构的堆和栈

 堆：先进先出的

 栈：先进后出的、自顶向下

内存分布上的堆和栈

 堆：也称为动态内存分配，是由我们自己在程序中分配内存和释放的，就是生存期是由我们自己决定的如malloc函数（注意避免内存泄漏）

 栈：局部变量的内存，函数结束后内存自动被释放，栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，它的运行效率一般很高，但是分配的内存容量有限。

 静态存储区：全局变量、static变量；它是由编译器自动分配和释放的，即内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在，直到整个程序运行结束时才被释放。

 动态储存区：堆和栈

一级缓存和二级缓存

为什么需要缓存？
 cpu运行速率很快，内存的读写速度就很慢，所以就需要缓存，缓存分为一级二级三级，越往下优先级越低，成本越低，容量越大
CPU读写速率：
 寄存器>一级缓存>二级缓存

栈是在一级缓存里面的，堆是属于二级缓存，所以栈的效率比堆的高

Java简易理解堆和栈
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进军2022年:java研发岗mybatis一级缓存和二级缓存
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计算机基础知识-一级缓存与二级缓存，堆栈
凡事预则立，不预则废
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寄存器、一级缓存、二级缓存、内存条、堆栈、静态存储区域的关系
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操作系统的堆和栈是指对内存进行操作和管理的一些方式这和数据结构中的堆和栈是有区别的。1. 一般由程序员分配释放，并指明大小，堆被程序申请使用的内存在被主动释 放前一直有效。堆需要由由程序员手动释放，不及时回收容易产生内存泄露。 程序结束时可能由操作系统回收。 2. 栈是存放在一级缓存中的，而堆则是存放在二级缓存中的，堆的生命周期由 虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收），所 以调用这些对象的速度要相对来得低一些，故堆的速度慢于栈的速度 3. 与数据结构中的堆是不同的，分配方式类似于链
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堆是先进先出，栈是先进后出。 1. 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。 2. 栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。另外，栈数据可以共享，详见第3点。堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉...
C++ 面试题及答案2020版
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1 多态的实现 存在虚函数的类至少有一个(多继承会有多个)一维的虚函数表叫做虚表(virtual table)，属于类成员，虚表的元素值是虚函数的入口地址，在编译时就已经为其在数据端分配了空间。编译器另外还为每个类的对象提供一个虚表指针(vptr)，指向虚表入口地址，属于对象成员。在实例化派生类对象时，先实例化基类，将基类的虚表入口地址赋值给基类的虚表指针，当基类构造函数执行完时，再将派生类的虚表入口地址赋值给基类的虚表指针（派生类和基类此时共享一个虚表指针，并没有各自都生成一个），在执行父类的构造函数。
堆和栈的区别。堆的使用场景
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<think>嗯，用户问的是堆和栈的区别，以及堆的使用场景。首先，我得确认自己对这两个概念的理解是否准确。堆和栈都是内存管理的部分，但它们的结构和用途确实不同。栈是线性结构，后进先出，由编译器自动管理，用来存储函数调用和局部变量。而堆则是动态分配的内存区域，需要手动管理，比如在C中用malloc，或者在高级语言中通过垃圾回收机制。 接下来，用户可能想了解两者的具体区别，比如内存分配方式、生命周期、大小限制等。需要详细对比这些方面，用表格或者分点说明会更清晰。然后，堆的使用场景可能包括动态内存分配、数据结构实现、资源共享等，需要举一些实际的例子，比如链表、树结构的节点分配，或者大文件处理时的缓冲区。 还要考虑用户可能的背景。如果是初学者，可能需要用更易懂的语言，避免过多的技术术语，或者适当解释术语。如果是开发者，可能需要更深入的细节，比如内存碎片的问题，或者垃圾回收的机制。但用户的问题比较基础，所以应该保持简洁明了。 另外，用户可能没有明确说明，但潜在需求可能是如何在实际编程中选择使用堆还是栈，或者遇到内存管理问题时如何解决。因此，在回答时可以加入一些最佳实践，比如何时使用堆，如何避免内存泄漏等。 需要确保回答结构清晰，分点列出区别，再分场景说明堆的使用，最后总结两者的优缺点。可能还需要提醒用户注意堆的管理问题，比如手动分配释放容易出错，而栈则更安全但空间有限。用例子来帮助理解，比如递归函数可能导致栈溢出，而堆可以处理大块数据。 最后检查有没有遗漏的重要点，比如栈的生长方向，堆的碎片问题，或者不同编程语言中的实现差异。确保信息准确，没有错误，比如栈的大小通常较小，而堆可以更大，但具体数值可能因系统而异，需要说明这一点。</think>以下是关于**堆（Heap）与栈（Stack）的区别**及**堆的典型使用场景**的说明： --- ### **一、核心区别对比** | **特性** | **栈（Stack）** | **堆（Heap）** | |--------------------|------------------------------------------|------------------------------------------| | **内存分配方式** | 自动分配/释放（编译器管理） | 手动申请/释放（需`malloc/free`或GC） | | **生命周期** | 随函数调用结束自动回收 | 需显式释放（或依赖垃圾回收机制） | | **数据结构** | 线性结构，后进先出（LIFO） | 非线性结构，自由分配 | | **访问速度** | 极快（仅移动栈指针） | 较慢（需查找可用内存块） | | **内存碎片** | 无（严格顺序分配） | 可能产生碎片（频繁分配释放后） | | **空间限制** | 较小（默认MB级，如Linux约8MB） | 较大（受系统虚拟内存限制） | | **线程安全** | 每个线程独立栈 | 全局共享，需同步机制 | | **典型场景** | 函数调用、局部变量 | 动态数据结构、大对象、跨函数数据共享 | --- ### **二、堆的核心使用场景** #### **1. 动态内存需求** - **不确定大小的数据**：如运行时读取用户输入的长文本（无法预知长度）。 ```c char *buffer = malloc(file_size); // 根据实际文件大小动态分配 ``` - **数据结构扩展**：链表、树、图的节点动态创建。 ```python class Node: def __init__(self, val): self.val = val self.next = None # 堆中动态分配下一个节点 ``` #### **2. 大对象存储** - **超大数组/缓冲区**：例如处理4K视频帧数据（栈空间不足）。 ```java byte[] videoFrame = new byte[3840*2160*3]; // 4K RGB图像（约25MB） ``` #### **3. 跨函数生命周期** - **持久化对象**：需要在函数返回后仍保留的数据（如全局缓存）。 ```c++ std::vector<int>* create_vector() { return new std::vector<int>(); // 堆分配，生命周期由调用者控制 } ``` #### **4. 资源共享** - **多线程共享数据**：如线程池的任务队列（需堆分配+锁机制）。 ```go func worker(taskChan chan *Task) { for task := range taskChan { // 任务对象在堆中分配 process(task) } } ``` --- ### **三、堆的典型问题与规避** | **问题** | **原因** | **解决方案** | |---------------------|-----------------------------------|---------------------------------------| | **内存泄漏** | 忘记释放（如C/C++未调用`free`） | 使用RAII（如C++智能指针） | | **悬垂指针** | 释放后访问 | 释放后立即置空指针 | | **内存碎片** | 频繁小块分配/释放 |
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