本篇文章主要介紹了什么是棧(Stack) 、什么是堆( Heap)，以及棧和堆的優缺點，同時介紹了應該什么時候使用堆和棧,有需要的朋友可以參考下

一、前言

直到現在，我們已經知道了我們如何聲明常量類型，例如int,double,等等，還有復雜的例如數組和結構體等。我們聲明他們有各種語言的語法，例如Matlab，Python等等。在C語言中，把這些變量放在棧內存中。

二、基礎

1、棧

什么是棧，它是你的電腦內存的一個特別區域，它用來存儲被每一個function(包括mian()方法)創建的臨時變量。棧是FILO，就是先進后出原則的結構體，它密切的被CPU管理和充分利用。每次function聲明一個新的變量，它就會被“推”到棧中。然后每次一個function退出時，所有關于這個函數中定義的變量都會被釋放(換句話說就是刪除)。一旦棧中的變量釋放，這塊區域就會變成可用的，提供給其他棧中的變量。

用棧存儲變量的好處是，內存是被你管理的。你不用手動的創建內存，不用當你不在需要它的時候手動釋放內存。另外，由于CPU組織棧內存很高效。讀出和寫入棧變量是很快的。

理解棧的關鍵是理解概念，當一個function退出時，所有它的變量都會從棧中彈出,以后都會永遠消失。因此棧中的變量本質是局部的。這和我們原來理解為變量作用域或者本地或者全局變量是相關的。在C中，一個公共的bug 是從你程序中的一個function外嘗試訪問一個在棧中的這個function的變量(在該function已經退出后)。

關于棧的另一個特點我們應該記住，就是存儲再棧中的變量的大小有限制。而堆上創建變量不用考慮。

總結棧：

a、棧的生長和伸縮就是函數壓入或者推出局部變量。

b、我們不用自己去管理內存，變量創建和釋放都是自動的。

c、棧中的變量只有在函數創建運行時存在。

2、 堆

堆也是我們的計算機內存中的一個區域，但是他不是自動管理的。而且也不是被CPU密切的管理著。它是一片更加自由的內存區域(很大)。要想在堆上創建內存，我們必須使用malloc() 或者calloc()，他們都是C語言編譯的。一旦你在堆上分配內存，當你不在需要的時候你必須用free()去銷毀。如果你不銷毀或者銷毀失敗，你的程序就會有內存泄露。換句話說就是堆內存會一直在，其他進程無法使用。我們將會再調試部分看到，那里有一個叫做Valgrind的東西，它可以幫助你發現內存泄露。

不像棧，堆沒有變量大小的限制(除了你電腦的物理限制條件外)。堆內存讀出和寫入都比較慢，因為它必須使用指針圖訪問堆內存。我們將會下面講解指針。

3、棧和堆的優缺點

棧：

a、快速訪問。

b、沒有必要明確的創建分類變量，因為它是自動管理的。

c、空間被CPU高效地管理著，內存不會變成碎片。

d、只有局部變量

e、受限于棧大小(取決于操作系統)

f、變量不能調整大小。

堆：

a、變量可以被全局訪問

b、沒有內存大小限制

c、(相對)訪問比較慢

d、沒有高效地使用空間，隨著塊內存的創建和銷毀，內存可能會變成碎片。

e、你必須管理內存(變量的創建和銷毀你必須要負責)

f、變量大小可以用realloc( )調整

例如：

下面是一個在棧上創建變量的短程序。和我們看到的其他程序類似

1. #include <stdio.h> 
2. double multiplyByTwo (double input) { 
3. double twice = input * 2.0; 
4. return twice; 
5. } 
6. int main(int argc, const char * argv[]) { 
7. int age = 30; 
8. double salary = 12345.67; 
9. double myList[3] = {1.2,2.3,3.4}; 
10. printf("double your salary is %.3f/n",multiplyByTwo(salary)); 
11. return 0; 
12. } 

double your salary is 24691.340

運行結果如下：

在第7，8和9行,我們聲明了三個變量：一個int變量、一個double變量和一個包含三個包含double的數組。這三個變量在main()函數創建，被壓入棧中。當main()函數退出(程序退出)，這些變量就會出棧。同樣地，在multiplyByTwo函數中，第二個double變量，也會在multiplyByTwo()函數創建的時候壓入棧中。一旦函數退出，第二個變量就會出棧，永遠地消失。

備注：有一種方法可以告訴C保持一個棧變量。即使它的創建函數退出。那就是用static關鍵字當聲明變量的時候。一個變量用static關鍵之聲明，因此就會變成一個類似與全局變量的東西。但是它僅僅在創建它的函數里面可見。這是一個奇怪的東西，除非你在一個非常特殊的情況下需要。

下面是另一個版本的創建變量在堆上而不是在棧上：

1. #include <stdio.h> 
2. #include <stdlib.h> 
3.  
4. double *multiplyByTwo (double *input) { 
5. double *twice = malloc(sizeof(double)); 
6. *twice = *input *2.0; 
7. return twice; 
8. } 
9. int main(int argc, const char * argv[]) { 
10. int *age = malloc(sizeof(int)); 
11. *age = 30; 
12. double *salary = malloc(sizeof(double)); 
13. *salary = 12345.67; 
14. double *myList = malloc(3 * sizeof(double)); 
15. myList[0] = 1.2; 
16. myList[1] = 3.4; 
17. myList[2] = 4.5; 
18. double *twiceSalary = multiplyByTwo(salary); 
19.  
20. printf("double your salary is %.3f/n",*twiceSalary); 
21.  
22. free(age); 
23. free(salary); 
24. free(myList); 
25. free(twiceSalary); 
26.  
27. return 0; 
28. } 

正如你所看到的，我們用malloc()去分配堆內存，用free()去釋放它。這樣不是很大的處理，但是很笨重。還有一件要注意的事情是：這樣會由很多*號。這些是指針。malloc()(calloc()和free())函數處理的是指針而不是真正的數值。我們將會在下邊討論指針。指針在C棧是一個特殊的數據類型，它用來存儲內存的地址而不是存儲實際的values.因此在

1. *twice = *input *2.0; 

這行，twice變量不是一個double，而是一個指向double的指針，是double被存儲再內存中的地址。

4、什么時候使用堆

我們應該什么時候使用堆和棧呢?如果我們需要分配一大塊內存(例如一個很大的數組或者一個很大的結構體)，而且我們需要保持這個變量很長時間(例如全局變量)。我們應該分配堆內存。如果你處理的很小的變量，而且只要再函數使用的時候存活，那么你應該使用棧，它比較方便而且快捷。如果你需要類似與數組或者結構體的變量，而且能夠動態改變大小(例如一個數組可以根據需要添加數據或者刪除數據)，那么你可以用malloc(),realloc()給他們分配堆內存，用free()手動的管理內存。當我們討論完指針，我們將會討論動態分配數據結構體。

通過以上對棧和堆的介紹，希望對大家了解和區分棧和堆有所幫助。