Wie unterscheiden sich Stapel- und Heapspeicher in C?

Stack- vs. Heap-Speicher in C verstehen

In C umfasst die Speicherverwaltung zwei Hauptkonzepte: Stapelspeicher und Heap-Speicher. Während beide Speicher für Programmdaten bereitstellen, unterscheiden sie sich in ihren Zuweisungsmechanismen und Eigenschaften.

Stack-Speicher

Stack-Speicher ist ein Last-in-First-out (LIFO). ) Datenstruktur. Es speichert lokale Variablen, Funktionsparameter und temporäre Variablen. Wenn eine Funktion aufgerufen wird, wird auf dem Stapel ein Stapelrahmen erstellt, der die Variablen der Funktion enthält und die Rücksprungadresse verwaltet.

Heap-Speicher

Heap-Speicher ist ein nichtflüchtiger Speicherbereich, der über den neuen Operator zugewiesen wird. Es speichert dynamisch zugewiesene Objekte und Datenstrukturen, die eine lange Lebensdauer haben und über den Funktionsaufruf hinaus bestehen bleiben müssen.

Eigenschaften von Stapel- und Heapspeicher

• Zuweisung: Der Stapelspeicher wird beim Funktionsaufruf automatisch vom Compiler verwaltet, während der Heap-Speicher mithilfe von „Neu“ und „Löschen“ manuell zugewiesen und freigegeben wird.
• Geschwindigkeit: Stapelvorgänge sind im Allgemeinen schneller als Heap-Operationen, da sich der Stapelspeicher im CPU-Cache befindet.
• Lebensdauer: Der Stapelspeicher ist temporär und wird gelöscht, wenn die Funktion zurückkehrt. Der Heap-Speicher bleibt bestehen, bis die Zuordnung explizit aufgehoben wird.
• Geltungsbereich: Auf Stapelvariablen kann innerhalb des Gültigkeitsbereichs der Funktion zugegriffen werden, in der sie definiert sind. Auf den Heap-Speicher kann global zugegriffen werden.

Stack und Heap im virtuellen Speicher

Stack- und Heap-Speicher sind Abstraktionen über dem Speichermodell des virtuellen Speichers, was dies ermöglicht Das Betriebssystem verwaltet den Speicher zwischen RAM und Festplatte. Sowohl der Stack- als auch der Heap-Speicher können sich physisch im RAM oder auf der Festplatte befinden.

Überlegungen zur Leistung

Die Heap-Zuweisung ist langsamer als die Stack-Zuweisung, da sie einen Aufruf des Betriebssystems erfordert Speichermanager des Systems, während Stapelspeicher durch einfaches Anpassen des Stapelzeigers schnell zugewiesen wird.

Speicherort des Hauptprogramms

Das Hauptprogramm kann sich entweder im Stapelspeicher oder im Heapspeicher befinden , abhängig vom Betriebssystem und Compiler.

Szenarien wegen Speichermangels

Ein Mangel an Stapelspeicher (Stapelüberlauf) kann zu Programmabstürzen führen. Wenn der Heap-Speicher knapp wird (Heap-Erschöpfung), kommt es typischerweise zu Ausnahmen wie std::bad_alloc.

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