[低水平帖]啥叫堆？啥叫栈？

koolcoy

1. 
   
2. witch@natty:~$ sudo cat /proc/1/maps |tail -n 4
   
3. 7f447e053000-7f447e10d000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
   
4. 7fff8e709000-7fff8e72a000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
   
5. 7fff8e7ff000-7fff8e800000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]
   
6. ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]
   

复制代码

第一行叫堆，第二行叫栈{:3_189:}

captivated

回复 162# koolcoy

好的，你亮了。

fengogo008

回复 161# pmerofc

{:3_186:}   好犀利的言辞。  我躲。。 再见。 哦不，永别。

zavakid

回复 114# pmerofc
按照我的理解： MALLOC 系统调用不就是吗？















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koolcoy

回复 163# captivated

这个是对堆和栈比较合理的一个解释
堆和栈是操作系统层面的东西而不是c语言层面的东西

huxk

楼主是个理性的人，逻辑也好，也很自信。 我喜欢。

狗蛋

低水平回复：

通常——尤其是本帖——所说的“堆/栈”，其实是“堆/栈式内存分配”、“操作系统的堆/栈实现”、“操作系统实现的堆/栈管理器”、“语言的堆/栈实现及其管理器”等等等等一大筐概念的大杂烩。关于这种大杂烩的讨论过于高深莫测，非俺这等低水平人士所能置喙。

所以，低水平回复嘛，第一步得容俺先zhuangbility一下，把这一堆大杂烩“正交分解”，然后一个一个慢慢说清楚。


首先，啥叫“堆式内存分配”和“栈式内存分配”？各有什么优缺点？

堆式内存分配是内存管理的一种方式。这个管理方法对内存的申请、释放没有特殊要求，只要你记得申请了就要释放就好。
这种管理方法通用性好（甚至可以模拟栈^_^），但实现复杂，而且有一堆一堆的诸如内存碎片问题、内存池算法适用性和效率等等问题需要处理。

栈式内存分配则严格限制了内存的申请和分配的次序。它要求先申请的内存不能在后申请的内存归还之前归还。这就导致它的用途非常单一，局限于特定的场景（函数调用）和某些特定算法。但也正因为它的单一，使得它的管理算法简单，速度快。加上加速、简化函数/过程调用设计的需要，几乎所有现代CPU都内置了push/pop之类的栈操作指令，大大加速和简化了函数调用/返回功能代码。





显然，堆式管理的内存就是堆，被栈式管理的内存自然就是栈。

那么，堆和栈都在哪里？

无处不在。

不仅无处不在，它们还彼此嵌套、改头换面、难解难分。



比如，一个进程诞生了，操作系统要做些什么？

1、使用自己的堆管理器，为它申请一块空间当作进程控制块
2、在进程控制块里，为它配备一个堆管理器，帮它管理它的3G（或更大）内存空间
3、在进程堆里，替它申请2M字节（可由ulimit改变大小）空间当作运行栈；然后把这个空间一端的地址放到CPU的栈基址寄存器里，这样就可以利用CPU的push/pop系列指令自动替他管理这个栈（相当于硬件实现的栈空间管理器）

——大多情况下，人们所提到的堆和栈，其实就是这个操作系统为进程设置的堆/栈。

然后，这个进程创建了一个线程，又发生了什么？

1、让它仍然使用进程的堆管理器
2、为它另外申请xM字节作为栈空间
3、在系统空间（这点视操作系统而定）为它申请一个线程控制块，把进程堆管理器的地址记录于其中，把栈地址记录于其中

前面有高人质问：没有栈，你怎么实现线程？
嗯，低水平回答：很明显，没有堆，线程才会无法创建；有栈没栈关线程实现鸟事。
至于栈嘛……它是为了方便函数/过程调用的。

那么，没有栈，函数/过程调用操作是否就没法进行了？

答案是：
1、慢一点点而已。注意堆是可以模拟栈的，只要把原来的push+call和pop+ret操作对替换为new/malloc+call和delete/free+ret对即可。
2、抛弃了栈的过程调用，反而可能得到腾飞的机会。
比如近年火热的函数式编程，实际就是想方设法使得函数调用无副作用；这样一来，每个函数都可以“丢”到另外一个线程里去乱序执行——这是一个特别适合并行计算的设计。



回归正题，玩个BT的：
void fun(void)
{
    char buf[4*1024*1024];    //栈上申请4M内存
    tp=thread(thread_fun(buf));        //thread_fun里面实现了一个堆管理器，用以管理buf的使用
    wait_thread(tp);
}

这个buf是堆，还是栈？在哪里是堆，在哪里是栈？



可见，特定时刻特定内存属于堆还是栈，只和该内存当前的被管理方式相关；从一个堆上得到的内存完全可以在接下来当作栈来管理；从一个栈上得来的内存，同样也没人禁止你拿它当堆来提供给他人使用。

作为堆/栈的用户，你不需要关心内存来自何处、由什么方案管理——你只要知道如何申请、如何归还就好了，最多再多知道点性能数据；作为堆/栈的实现者，如何得到内存并不会妨碍你的管理机制；你的用户从你这里取得内存做了什么，你同样无权干涉。



所以，想讨论哪块内存是从堆上得来还是栈上得来，首先必须明确这里提到的堆/栈究竟是哪一级、由谁实现的。

比如，某个平台的某种C编译器上，malloc是CRT的堆内存管理器提供的接口，它要向操作系统的堆内存管理器申请内存，然后以堆的模式分配给用户使用；函数局部变量则是从进程栈里分配的内存，这个内存又是从操作系统管理的堆里面分配的。
而java虚拟机中，虚拟机自身用了宿主系统的堆和栈，但它上面跑的进程所用的堆和栈却完全和宿主系统无关；某些语言甚至可能完全没有堆/栈的概念——虽然最终它还是要使用操作系统的堆/栈。
而apache这类实现中，会先从CRT得到内存，然后把这些内存用它自己的堆管理算法管理（可以搜索下apache的内存池实现）；那么这时候利用apache的接口申请内存，用的就是apache的堆。
c++则另外实现了个new/delete接口的堆管理算法（虽然其内部实现可能只是简单的调用系统堆分配算法）；而STL则把这个堆管理算法扩充了池管理功能——这个内存池曾经被我替换掉，因为我只需要用stl::hash_map管理我自己的海量同构简单小对象，它的这个内存池过于复杂、缓慢了（当然，这个替换仅仅存在于使用stl::hash_map管理我的小对象时，其它时候用的还是stl的池或者c++的new/delete；当然，可怕的是，当时俺们组还有个牛人，相信微软的VirtualAlloc分配的内存既不在堆上，也不在栈上，是速度最快的，所以大量使用了这个高级东东-.-）——有人能理清我这个系统的堆/栈结构吗？



很显然，不同的平台上的不同编译器下，堆/栈层次树可能是非常不同的。

这些通通都不区分，却热衷于帮C委员会定义哪个东西来自于堆、哪个东西来自于栈——不好意思，这种高水平的讨论，实在不是我等低水平人士所能理解。

scgywx

堆即是堆，栈即是栈，堆栈堆栈，堆非栈，栈非堆。