【C语言】一文搞懂C语言中堆和栈的区别

缺乏、安全感 2024-03-17 13:06 91阅读 0赞

**目录**

堆和栈二者区别的简析

1. 存储位置

2. 分配方式

3. 存储内容

4. 大小限制

示例程序

使用栈

使用堆

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## 堆和栈二者区别的简析 ##

### 1. 存储位置 ###

栈是一种线性数据结构，存储在计算机内存的栈区，它采用了一种"先进后出"（Last-In-First-Out，LIFO）的原则。堆是一种动态分配的内存区域，存储在计算机内存的堆区，它的分配和释放是由程序员来管理的。

### 2. 分配方式 ###

栈空间的分配和释放是由编译器自动完成的，它们的速度很快，但是大小是固定的，不灵活。堆的分配和释放是由程序员手动操作的，可以根据需要动态分配和释放内存空间。

### 3. 存储内容 ###

栈主要用于存储局部变量、函数参数、函数调用和返回信息等，它的生命周期与所在的函数密切相关，函数执行结束后，栈上的数据就会被自动释放。堆主要用于存储程序运行时动态分配的数据，例如通过new或malloc函数分配的内存，需要手动释放。

### 4. 大小限制 ###

栈的大小是有限的，通常由操作系统设置，默认情况下栈的大小较小（例如1MB）。而堆的大小受限于操作系统的虚拟内存空间，一般要比栈的大小大得多。

总的来说，栈是一种高效的数据结构，适合存储局部变量等小数据，内存管理由编译器自动完成；而堆是一种灵活的数据结构，适合存储动态分配的大块数据，内存管理由程序员负责。在使用过程中，需要根据具体的需求选择合适的数据结构。

## 示例程序 ##

### 使用栈 ###

#include <stdio.h>
    
    void foo() {
        int num = 10;  // 局部变量，存储在栈上
        printf("Num in foo: %d\n", num);
    }
    
    int main() {
        foo();
        
        return 0;
    }

在这个示例中，\`num\` 是一个局部变量，它存储在栈上。当函数\`foo()\`被调用时，\`num\`被分配在栈上。当\`foo()\`函数执行完毕后，栈中的数据会被自动释放。

### 使用堆 ###

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    int main() {
        int* num_ptr = (int*)malloc(sizeof(int));  // 动态分配内存空间，存储在堆上
        
        if (num_ptr == NULL) {
            printf("Memory allocation failed\n");
            return -1;
        }
        
        *num_ptr = 20;  // 在堆上存储数据
        
        printf("Num in heap: %d\n", *num_ptr);
        
        free(num_ptr);  // 释放堆内存
        
        return 0;
    }

在这个示例中，\`num\_ptr\`是一个指向整型变量的指针，通过\`malloc()\`函数动态分配了一块大小为\`sizeof(int)\`的内存空间，该空间存储在堆上。我们可以通过\`num\_ptr\`访问和修改这块堆内存中的数据。使用完堆内存后，我们需要调用\`free()\`函数来释放堆内存，以防止内存泄漏。

在堆内存分配的代码示例中，\`if\`语句的作用是检查内存分配是否成功。

在C语言中，当使用\`malloc()\`函数动态分配内存时，如果请求的内存空间不可用或不足，\`malloc()\`函数将返回一个空指针(\`NULL\`)。因此，在使用动态分配的内存之前，我们需要检查分配是否成功。

在示例中，\`if\`语句的条件判断 \`num\_ptr == NULL\` 检查了\`num\_ptr\`是否为\`NULL\`，即检查内存分配是否失败。如果分配失败，该分支下的代码将会执行，打印 "Memory allocation failed" 的错误信息，并返回一个非零值表示程序异常退出。

这个检查过程是很重要的，因为如果\`malloc()\`分配失败，后续对内存空间的操作可能会导致未定义的行为或崩溃。通过检查返回值，我们可以及时发现内存分配问题，并进行适当的处理。

请注意，在使用堆时要注意内存分配和释放的配对，以防止内存泄漏和悬空指针等问题。