Was ist der Unterschied zwischen Stapel- und Heap -Speicherzuweisung?

Was ist der Unterschied zwischen Stapel- und Heap -Speicherzuweisung?

Stack und Heap sind zwei verschiedene Speicherbereiche, die von Programmen zum Speichern von Variablen und Objekten verwendet werden. Hier sind die wichtigsten Unterschiede zwischen ihnen:

1. Struktur :

   • Stack : Der Stack folgt einer LESTO-Struktur (Last-In-First Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out Out). Es handelt sich um eine Speicherregion, in der temporäre Variablen gespeichert sind, die von jeder Funktion (einschließlich der Hauptfunktion) erstellt wurden, wobei die Variablen auf den Stapel gedrückt werden, wenn eine Funktion aufgerufen und abgebrochen wird, wenn die Funktion zurückkehrt.
   • HEAP : Der Heap ist ein Speicherbereich, der für die dynamische Speicherzuweisung verwendet wird, in der das Programm nach Bedarf von Speicherblöcken angefordert wird und in beliebiger Reihenfolge zugewiesen und verhandelt werden kann.

2. Größe :

   • Stack : Der Stack hat eine begrenzte Größe, die vom Betriebssystem zu Beginn des Programms bestimmt wird. Das Überschreiten dieser Grenze kann einen Stapelüberlauf verursachen.
   • Haufen : Der Haufen ist normalerweise größer als der Stapel und kann dynamisch wachsen, solange ein freier Speicher im System vorhanden ist.

3. Geschwindigkeit :

   • Stack : Der Zugriff auf den Stapelspeicher ist aufgrund seiner LIFO -Struktur und weil der Speicher von der CPU direkt verwaltet wird.
   • Heap : Der Zugriff auf den Heap -Speicher ist langsamer, da das Programm das Betriebssystem auffordern muss, Speicher zuzuweisen, das mehr Overhead beinhaltet.

4. Zuteilung und Deallokation :

   • Stack : Speicherzuweisung und Deallokation im Stapel werden vom Compiler automatisch behandelt, was es sehr effizient macht.
   • Heap : Speicherzuweisung und Deallokation auf dem Heap werden vom Programmierer verwaltet, was zu Fragmentierung und Speicherlecks führen kann, wenn sie nicht korrekt behandelt werden.

Wie unterscheiden sich die Zuweisung und Deallocation des Speichers zwischen Stack und Heap?

Die Zuweisung und Deallokation des Speichers zwischen Stack und Heap unterscheiden sich erheblich:

1. Zuteilung :

   • Stack : Wenn eine Funktion aufgerufen wird, wird ein Speicherblock für lokale Variablen und Funktionsparameter auf dem Stapel zugewiesen. Diese Zuweisung erfolgt automatisch als Teil des Funktionsaufrufs.
   • Heap : Die Speicherzuweisung auf dem Heap wird vom Programmierer explizit durchgeführt, indem Funktionen wie malloc in C oder der new Bediener in c verwendet werden. Das Programm fordert eine bestimmte Menge an Speicher aus dem System an, das dann aus dem verfügbaren Heap -Speicher zugewiesen wird.

2. Deallocation :

   • Stack : Wenn eine Funktion zurückkehrt, wird der Speicher für seine lokalen Variablen automatisch durch das Ausschalten des Stapels ausgeführt. Dieser Prozess wird vom System verwaltet und erfordert keine Aktion des Programmierers.
   • HEAP : Die Devolation des Heap -Speichers muss vom Programmierer explizit behandelt werden, indem Funktionen wie free in C oder den delete in c. Wenn der Programmierer den Speicher nicht bearbeitet, kann er zu Speicherlecks führen.

3. Management :

   • Stack : Der Stack wird direkt von der CPU über den Stack -Zeiger verwaltet, der automatisch während Funktionsaufrufen und Rückgaben aktualisiert wird.
   • Heap : Der Heap wird vom Betriebssystem oder einer Laufzeitumgebung (in Sprachen mit Müllsammlung) verwaltet, und der Programmierer muss die Speicherzuweisung und Deallokation im Auge behalten.

Was sind die Auswirkungen der Leistung bei der Verwendung von Stack gegen Heap -Speicher?

Die Auswirkungen der Leistung der Verwendung von Stack versus Heap -Speicher sind wie folgt:

1. Geschwindigkeit :

   • Stack : Die Operationen auf dem Stapel sind schneller, da der Speicher direkt von der CPU verwaltet wird. Die Zuteilung und Deallokation sind schnell, da sie einfach den Stapelzeiger einstellen.
   • Haufen : Die Operationen auf dem Haufen sind langsamer, da sie zusätzlichen Overheads benötigen. Das System muss einen geeigneten Speicherblock finden, der möglicherweise das Durchsuchen des Heaps beinhaltet, und die Zuordnung und Deallokation beinhalten komplexere Vorgänge.

2. Gedächtnisfragmentierung :

   • Stack : Der Stapel leidet nicht an Fragmentierung, da das Gedächtnis in einer strengen Lebenslaufordnung zugewiesen und verhandelt wird.
   • Haufen : Der Haufen kann im Laufe der Zeit fragmentiert werden, was die Leistung verringern kann. Fragmentierung tritt auf, wenn Speicherblöcke zugewiesen und auf nicht sequentielle Weise zugeteilt werden, sodass Lücken im Speicher zu klein sind, um effektiv wiederverwendet zu werden.

3. Größenbeschränkungen :

   • Stack : Der Stack hat eine feste Größe, und wenn diese Größe überschritten wird, kann er zu einem Stapelüberlauf führen, wodurch das Programm zum Absturz gebracht wird.
   • Heap : Der Heap kann theoretisch so groß wie der verfügbare Speicher im System wachsen, ist jedoch immer noch durch die Gesamteinstellungen des Systemspeichers und der virtuellen Speicher eingeschränkt.

4. Speicherlecks :

   • Stack : Speicherlecks sind mit dem Stack -Speicher praktisch unmöglich, da das System die Deallocation automatisch verwaltet.
   • HEAP : Wenn der Speicher auf dem Heap nicht ordnungsgemäß behandelt wird, kann er zu Speicherlecks führen, was die Leistung und Stabilität eines Programms im Laufe der Zeit erheblich beeinflussen kann.

In welchen Szenarien würden Sie den Stack -Speicher über den Heap -Speicher verwenden und umgekehrt?

Die Auswahl zwischen der Verwendung von Stack -Speicher und dem Heap -Speicher hängt von den spezifischen Anforderungen und Einschränkungen Ihres Programms ab. Hier sind einige Szenarien, die Ihre Entscheidung leiten:

Verwenden Sie den Stack -Speicher:

1. Kleine, vorübergehende Variablen : Wenn Sie Variablen speichern müssen, die klein sind und nur im Rahmen einer einzelnen Funktion verwendet werden müssen, ist der Stapel ideal. Beispiele sind lokale Variablen und Funktionsparameter.
2. Hochleistungsbedarf : Wenn Ihre Anwendung eine hohe Leistung und einen schnellen Speicherzugriff erfordert, machen die schnellere Zuteilungs- und Deallocationszeiten des Stacks eine bessere Wahl.
3. Automatische Speicherverwaltung : Wenn Sie die Komplexität des manuellen Speichermanagements vermeiden möchten, kann die automatische Allokation und Deallokation des Stacks Ihren Code vereinfachen und das Risiko von Speicherlecks verringern.

Verwenden von Heap -Speicher:

1. Große Datenstrukturen : Wenn Sie sich mit großen Datenstrukturen befassen, die über den Umfang einer einzelnen Funktion hinausgehen müssen, ist der Haufen erforderlich. Beispiele sind große Arrays, verknüpfte Listen oder Objekte, auf die global zugegriffen werden müssen.
2. Dynamische Speicherzuweisung : Wenn Ihr Programm auf der Laufzeit auf der Laufzeit auf der Basis von Benutzereingaben oder anderen variablen Bedingungen Speicher dynamisch zuordnen muss, bietet der Heap die Flexibilität dafür.
3. Langlebige Objekte : Wenn Sie Objekte erstellen müssen, die für lange Zeit oder während des gesamten Lebens des Programms verwendet werden, ist der Haufen angemessener. Dies ist bei objektorientierten Programmierungen üblich, bei der Objekte in mehreren Funktionen instanziiert und verwendet werden.
4. Freigegebene Ressourcen : Wenn Sie Daten zwischen verschiedenen Teilen Ihres Programms oder zwischen Threads freigeben müssen, kann der Haufen einen gemeinsamen Platz bereitstellen, um solche Daten zu speichern.

Zusammenfassend ist der Stapel am besten für kleine, temporäre Daten und leistungsstarke Anforderungen mit automatischer Speicherverwaltung geeignet, während der Haufen ideal für große, dynamisch zugewiesene Daten ist, die bestehen oder über Ihr Programm geteilt werden müssen.

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