堆和栈基本知识

本文详细解析了堆和栈这两种数据结构的区别,包括它们在操作系统中的作用、缓存方式、内存分配方式以及程序中的具体应用实例。

一、定义

         堆栈是不同的两种数据结构,堆:队列优先,先进先出。栈,先进后出。

堆栈空间分配

栈(操作系统):由操作系统自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

堆(操作系统): 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收,分配方式倒是类似于链表。

堆栈缓存方式

栈使用的是一级缓存, 他们通常都是被调用时处于存储空间中,调用完毕立即释放。

堆则是存放在二级缓存中,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。

堆栈数据结构区别

堆(数据结构):堆可以被看成是一棵树,如:堆排序。

栈(数据结构):一种先进后出的数据结构。

二、程序的内存分配

         c的程序内存分为以下几个部分。

举个例子来说明程序的内存分配

以前大神写的例子,借鉴。

int   a  =   0;   全局初始化区   

  char  *p1;   全局未初始化区   

 main()   

  {   

  int  b;   栈   

  char  s[]   =   "abc";   栈   

  char  *p2;   栈   

  char  *p3   =   "123456";   123456/0在常量区,p3在栈上。   

  static  int   c   =0;  全局(静态)初始化区   

  p1  =   (char   *)malloc(10);   

  p2  =   (char   *)malloc(20);   

  分配得来得10和20字节的区域就在堆区。   

  strcpy(p1,  "123456");   123456/0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456" 

  优化成一个地方。   

  }   

三、比较

栈:栈是由操作系统进行分配管理,存储在内存中的一级缓存中,所以存储速度优于堆在二级缓存的结构。读取速度快。

堆:程序员自己进行控制,有什么需求,就可以向内存进行申请,但是容易产生碎片。

举个例子:我们去家具店买家具,都是现成的,有桌子,椅子,衣柜等。种类很多,如果你选择直接购买的话,就类似于栈,如果你只是去学习人家的形状和潮流的话,回来自己买工具,木头等自己制作。那么就像是堆。

### RISC-V 中的概念及用法 #### 什么是? 在计算机科学中,“”是指一种动态分配内存的方式。对于 RISC-V 架构而言,是由 `sbrk` 或者 `malloc` 类似的函数来管理的区域[^1]。这些函数允许程序请求额外的内存空间用于存储数据对象。 当程序员调用诸如 `malloc()` 的库函数时,在底层实现上会通过系统调用来调整进程地址空间中的可用内存大小。具体到 RISC-V 上下文中,这通常涉及操作虚拟内存机制以及更新相关的元数据结构以反映新增加的部分属于应用程序可访问范围内的合法部分[^3]。 #### 如何使用? 要利用上的资源,则需遵循如下方式: ```c #include <stdlib.h> int main() { int* ptr = (int*) malloc(sizeof(int)); // 请求一块能容纳单个整数的空间 *ptr = 42; // 对该位置赋值为42 free(ptr); // 当不再需要此块内存时释放它 } ``` 上述代码片段展示了基本流程:先声明指针变量;接着借助标准C语言运行时期间提供的工具申请相应尺寸的数据区段;最后记得适时清理已无用途的对象以免造成泄露问题。 #### 关于的知识点介绍 相对于来说,“(stack)”是一种自动化的局部临时性储存解决方案。每当进入一个新的作用域(比如函数内部),就会创建一个新的帧(frame),其中包含了所有的本地参数及其返回地址等必要信息[^2]。 在RISCV环境中执行CALL指令跳转至子过程之前,当前SP寄存器所指向的位置会被保存下来作为新一层框架的基础起点.随着更多局部变量被定义出来或者传递实参给其他方法调用的时候.SP将会进一步减小以便腾出足够的连续区间供后续计算所需. 以下是简单的例子说明如何运用: ```assembly addi sp,sp,-8 # 减少顶指针(sp)偏移量预留两个字节长度的地方. sw ra,(sp)+4 # 将ra寄存器里的值写回到距离顶部四个单位处即刚才开辟出来的第二个槽位里去. li t0,7 # 把立即数值加载进t类通用目的型工作单元之中准备参与运算处理... ``` 以上汇编语句序列体现了典型情况下设置新的控制流路径的同时妥善安排好恢复现场所需的各项准备工作. #### 总结对比两者差异之处 | 特征 | | | |------------|-----------------------------|----------------------------| | 生命周期 | 明确由开发者决定何时销毁 | 自动随上下文结束而消失 | | 访问速度 | 较慢由于涉及到全局同步锁等问题 | 非常迅速得益于硬件支持直接寻址模式 | | 大小限制 | 受制于整个系统的剩余物理RAM容量 | 往往较小受限于线程初始配置选项设定 | 尽管如此,RiscV作为一种新兴开源精简指令集计算平台仍然提供了灵活多样的手段让用户能够按照实际需求选取最合适的方案完成各自的任务目标.[^4]
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