理解堆和栈的区别

栈是编译器帮你自动管理的“临时工位”，堆是程序员或运行时显式申请的“长期仓库”。

下面用 5 个维度把区别拆干净，并给出 Rust / C / Python 的代码片段方便对照。

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1. 生命周期：谁决定何时回收？

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• 栈：编译器根据作用域自动插入“弹栈”指令（进入/离开花括号）。

• 堆：程序员或库/运行时显式释放（C 的 free、C++ 的 delete、Rust 的 drop、Python 的 GC）。

{
    let x = 42;          // 栈：离开作用域立即回收
    let y = Box::new(42); // 堆：离开作用域时 Drop trait 释放
}

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1. 性能：分配、访问、缓存

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操作	栈	堆	备注
分配/释放	O(1) 移动栈指针	O(allocator)	堆要查空闲链表
访问速度	连续内存，cache 友好	可能跨越页，cache miss 高	现代 CPU 预取可缓解
碎片	无	有，需要碎片整理	jemalloc/tcmalloc 降低

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1. 容量与大小限制

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• 栈：几 MB 级（Linux 默认 8 MB，Windows 1 MB）。

• 堆：受进程虚拟地址空间或物理内存限制（GB~TB）。

char big[8 * 1024 * 1024];   // 栈溢出 (Linux)
char *big = malloc(8 * 1024 * 1024); // OK，在堆

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1. 线程模型

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• 栈：每个线程独享 1 份，切换线程时切换栈。

• 堆：进程内所有线程共享，需同步（锁或无锁算法）。

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1. 语言视角：语法糖 & 安全隐患

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• C/C++

  • 栈：局部变量；隐患：栈缓冲区溢出。

  • 堆：malloc/free，隐患：UAF、double free。

• Rust

  • 栈：默认存放 Copy 类型（i32、bool 等）。

  • 堆：Box<T> / Vec<T> / String，所有权系统保证“无悬垂”。

• Python / Java / Go

  • 一切皆对象 → 除小整数、局部变量外，大部分在堆。

  • GC 负责回收，程序员无感，但有“Stop-The-World”延迟。

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一张速查表

维度	栈 (Stack)	堆 (Heap)
分配者	编译器	程序员 / 运行时
速度	极快	相对慢
容量	小	大
生命周期	作用域	显式或 GC
线程归属	每线程私有	全线程共享
碎片	无	有
典型错误	栈溢出、缓冲区溢出	泄漏、UAF、碎片

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一句话总结
把栈当成“函数调用时的临时便签”，把堆当成“进程级别的共享仓库”；前者靠编译器自动收拾，后者要么靠人、要么靠运行时。