堆栈在内存管理中的作用

什么是栈（Stack）？

栈是计算机内存中用于管理局部变量和函数调用的一块区域，它遵循后进先出（LIFO, Last In First Out）的原则。我们可以将栈想象成一个叠盘子的架子，后放入的盘子总是最先被取出。

栈的特点：

1. 快速的内存分配和释放：栈上的内存分配是自动的，当函数执行完毕，栈上的局部变量会自动销毁，释放内存。
2. 有限的空间：栈的大小是有限的，一般为几 MB。
3. 局部性强：栈中的数据只在当前函数作用域内有效，函数结束后，栈上的内存会自动释放。

栈中的变量存储示例

void function() {
    int a = 10;  // 局部变量 a 分配在栈上
    char b = 'x';  // 局部变量 b 也分配在栈上
    // 当函数结束时，a 和 b 自动被销毁
}

在上述代码中，a和b都是函数function()中的局部变量，它们在函数调用时存储在栈中。随着函数的结束，栈上的这些内存会自动释放。

什么是堆（Heap）？

堆是用于动态内存分配的内存区域，它不像栈那样由编译器自动管理，而是由程序员手动控制内存的分配和释放。当我们需要在程序运行时申请一块动态内存空间时，堆是我们要使用的区域。

堆的特点：

1. 灵活的内存管理：你可以在程序运行时自由申请和释放内存。
2. 需要手动释放：堆上的内存不会像栈那样自动释放，必须通过 delete 或 free 显式释放，否则会导致内存泄漏。
3. 空间大：堆的空间比栈大得多，适合存储需要长生命周期和较大数据的对象。

堆中的变量存储示例

void function() {
    int* p = new int(20);  // p 是指向堆上分配的整数的指针
    char* q = new char('x');  // q 是指向堆上分配的字符的指针
    
    // 使用完毕后，手动释放堆内存
    delete p;
    delete q;
}

在这个例子中，p 和 q 是指针，它们本身存储在栈上，但它们指向的实际数据（整数和字符）是在堆上分配的。必须手动调用 delete 来释放这些堆内存，否则会出现内存泄漏。

栈与堆的区别

常见的内存错误

栈溢出

当程序分配过多的栈内存时，栈会溢出，导致程序崩溃。例如，过深的递归调用或分配超大数组都会导致栈溢出。

void recursiveFunction() {
    int arr[100000];  // 超大数组可能导致栈溢出
    recursiveFunction();  // 无限递归导致栈溢出
}

内存泄漏

当在堆上分配的内存没有被正确释放时，内存泄漏会发生，导致程序运行中消耗的内存越来越多。

void function() {
    int* p = new int(10);  // 动态分配内存
    // 忘记调用 delete 释放内存，导致内存泄漏
}

使用未初始化的内存

如果在栈或堆中分配了未初始化的内存并使用它，可能会导致程序行为异常。某些编译器和 IDE（如 Visual Studio）会用特殊值填充未初始化内存（例如 0xCC 或 0xCD），而0xCCCC和0xCDCD在中文GB2312编码中分别对应“烫”字和“屯”字，因此会显示类似“烫烫烫”或“屯屯屯”的乱码。

void function() {
    int a;  // a 未初始化
    cout << a << endl;  // 打印随机值，未定义行为
}