为什么要在堆而不是堆栈上分配内存？

Question

可能的重复：
什么时候最好使用堆栈而不是堆，反之亦然？

我已经阅读了一些有关堆与堆栈的其他问题，但他们似乎更关注堆/堆栈的作用而不是为什么你会使用它们。

在我看来，堆栈分配几乎总是首选，因为它更快（只需移动堆栈指针而不是在堆中寻找可用空间），并且在使用完毕后不必手动释放分配的内存。我认为使用堆分配的唯一原因是，如果您想在函数中创建一个对象，然后在该函数范围之外使用它，因为从函数返回后，堆栈分配的内存会自动取消分配。

使用堆分配而不是堆栈分配还有其他我不知道的原因吗？

Answer 1

原因有几个：

• 最主要的一个是，通过堆分配，您可以最灵活地控制对象的生命周期（从 malloc/calloc 到 free< /代码>);
• 堆栈空间通常是比堆空间更有限的资源，至少在默认配置中是这样；
• 分配堆空间失败可以得到妥善处理，而堆栈空间耗尽通常是无法恢复的。

如果没有灵活的对象生存期，二叉树和链表等有用的数据结构实际上是不可能编写的。

Answer 2

1. 您希望分配在函数调用之后继续存在
2. 您希望节省堆栈空间（通常限制为几 MB）
3. 您正在使用可重定位内存（Win16、数据库等），或者希望从分配中恢复失败。
4. 可变长度任何东西。你可以假装绕过这个，但你的代码会非常糟糕。

最重要的是#1。一旦你进入任何类型的并发，或者 IPC#1 就无处不在。如果没有一些堆分配，即使是大多数重要的单线程应用程序也很难设计。这实际上是在 C/C++ 中伪造一种函数式语言。

Answer 3

所以我想制作一个字符串。我可以将其放在堆上或堆栈上。让我们尝试一下：

char *heap = malloc(14);
if(heap == NULL)
  {
    // bad things happened!
  }
strcat(heap, "Hello, world!");

对于堆栈：

char stack[] = "Hello, world!";

现在我将这两个字符串放在各自的位置。后来，我想让它们更长：

char *tmp = realloc(heap, 20);
if(tmp == NULL)
  {
    // bad things happened!
  }
heap = tmp;
memmove(heap + 13, heap + 7);
memcpy(heap + 7, "cruel ", 6);

对于堆栈：

// umm... What?

这只是一个好处，其他人提到了其他好处，但这是一个相当不错的好处。有了堆，我们至少可以尝试让我们分配的空间更大。有了堆栈，我们就只能坚持现有的东西了。如果我们想要增长空间，我们必须预先声明这一切，我们都知道看到这一点有多糟糕：

char username[MAX_BUF_SIZE];

Answer 4

使用堆的最明显的理由是当您调用函数并需要返回未知长度的内容时。有时，调用者可能会将内存块和大小传递给函数，但在其他时候，这是不切实际的，特别是如果返回的内容很复杂（例如，指针飞来飞去的不同对象的集合等）。

Answer 5

在很多情况下，尺寸限制是一个巨大的破坏因素。堆栈通常以低兆字节甚至千字节为单位（即堆栈上的所有内容），而所有现代 PC 都允许使用几 GB 的堆。因此，如果您要使用大量数据，则绝对需要堆。

Answer 6

只是添加
你可以使用 alloca 在堆栈上分配内存，但堆栈上的内存也是有限的，而且该空间仅在函数执行期间存在。
这并不意味着所有内容都应该分配在堆上。就像所有设计决策 这也有些困难，应该使用两者的“明智”组合。

Answer 7

除了手动控制对象的生命周期（您提到的）之外，使用堆的其他原因还包括：

• 对对象大小的运行时控制（在程序执行期间，初始大小和“后来”的大小）。

例如，您可以分配一个特定大小的数组，该大小仅在运行时才知道。

随着 C99 中 VLA（可变长度数组）的引入，可以在不使用堆的情况下分配固定运行时大小的数组（这基本上是“alloca”功能的语言级实现）。然而，在其他情况下，即使在 C99 中，您仍然需要堆。

• 运行时控制对象总数。

例如，当您构建二叉树结构时，您无法提前在堆栈上有意义地分配树的节点。您必须使用堆“按需”分配它们。

• 低级技术考虑，如有限的堆栈空间（其他人已经提到过）。

当您需要一个大的 I/O 缓冲区时，即使是很短的时间（在单个函数内），从堆中请求它比声明一个大的自动数组更有意义。

Answer 8

堆栈变量（通常称为“自动变量”）最适合用于您希望始终相同且始终较小的事物。

int x;
char foo[32];

都是堆栈分配，这些也在编译时固定。

堆分配的最佳原因是您无法始终知道需要多少空间。您通常只有在程序运行后才知道这一点。您可能知道限制，但只想使用所需的确切空间量。

如果您必须读取一个从 1k 到 50mb 的文件，您不会这样做：-

int readdata ( FILE * f ) {
  char inputdata[50*1024*1025];
  ...
  return x;
}

会尝试在堆栈上分配 50mb，这通常会失败，因为堆栈通常限制为 256k。

Answer 9

如果您使用整个内存段，堆栈和堆共享相同的“开放”内存空间，并且最终必须到达它们相遇的点。保持它们每个人使用的空间之间的平衡将在以后分配和取消分配内存时摊销成本较小的渐近值。