栈的定义由什么实现（堆栈简介）

作为一名程序员，对于堆、栈，不一定有多深入的了解，但是，基本的一些知识还是属于必备的。这里我把堆和栈中间加了一个顿号，因为我很不喜欢程序员把这两个词放在一起，因为这是两个不同的东西。

堆（heap）

堆是一个内存空间，这个内存控件可以由程序员分配和释放，当然部分语言自带 GC（ Garbage Collection 垃圾回收），部分堆内存可以由 GC 回收。这里千万要注意，这里说的堆和 数据结构里面说的堆不是同一个概念，大家千万不要混淆。

堆是程序在运行的时候请求操作系统分配给自己内存。由于从操作系统管理的内存分配，所以在分配和销毁时都要占用时间，因此用堆的效率相对栈来说略低。但是堆的优点在于，编译器不必知道要从堆里分配多少内存空间，也不必知道存储的数据要在堆里停留多长的时间，因此用堆保存数据时会得到更大的灵活性。因此，为达到这种灵活性，在堆里分配存储空间时会花掉相对更长的时间，这也是效率低于栈的原因。

栈（stack）

栈是由编译器自动分配和释放的，存放函数的参数值，局部变量的值等。也请注意，这里说的栈 不是数据结构中的栈，大家千万不要混淆。这里请注意，栈是由由系统自动分配。

栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。

实际应用

我想，看完上面一段文字，大多数同学会觉得这和课本上讲的内容差不多。懂的自然就懂了，而不懂的，还是一脸懵。这些东西我知道了有什么实际意义？比如栈既然是系统分配和释放，我干预不了，我知道它干什么？好，那么我就以现在非常流行的编程语言 C#（C Sharp）来举例说明。

首先，先解释几点内容：

• 为什么选择 C# 语言进行说明

首先声明，存在即合理。现有的大部分的编程语言，都有其优势和劣势，要看其使用的方向、成本等等多方面因素。C# 目前开源了其 .NET Framework ，大家完全可以看其源码。今天既然讲到了堆、栈，算是相对底层一些的内容，大部分的语言其实这部分内容都是类似的。由于我经常用 C# 进行开发，因此讲起来相对比较熟练。

• 我不会 C# 下面内容是否可以看

其实下面虽然是 C# 讲解的，但是并不是在讲 C# 的堆、栈，而是通过下面的讲解，来让一些对这部分内容不是很清楚的同学可以了解到，学习堆、栈有什么用。我基本上不会贴太多的 C# 代码，所以大家可以放轻松看下去。

好了，废话不多说了，我们开始进入正题。

---

我们都知道，C# 的数据类型有两大类型 —— 值类型 和 引用类型。大致结构如下图：

值类型我们看到包含内置值类型、用户定义的值类型和枚举。枚举就不用说了，内置值类型指的是 int、float、bool、double 等等；用户定义的值类型指的就是 struct（这里需要说明一下的是，C# 里 struct 是值类型，而部分语言是引用类型，这里就不多做说明）。引用类型大概我们学 C 语言的时候学到的指针类型（C# 做了封装，所以我们看不到 int * 这类的代码，当然可以使用 unsafe 关键字，这里就不多赘述）、接口类型、用户自定义的类（class），数组等。

这里为什么要解释这两个大的类型？首先是因为值类型是放在栈上的（某些特殊情况其也可以在堆上的）。怎么讲？值类型变量声明后，不管是否已经赋值，编译器为其分配内存。然而引用类型当声明一个变量时，只在栈中分配一小片内存用于容纳一个地址，而此时并没有为其分配堆上的内存空间。当使用 new 创建一个类的实例时，这时候会分配堆上的空间，并把堆上空间的地址保存到栈上分配的小片空间中。

说通俗一点，堆上存放的是我们声明出来的实例对象，当我们需要访问这个实例对象的时候，我们找到它的方法是先找到变量对应在栈上的内存，然后通过栈上存放的数据，我们才能找到其真正的实例在堆的什么位置。

好，说了这么多，貌似还是对了解堆、栈有什么实际意义不是很清楚。我们继续往下看，先看一段代码。

我们发现，m 和 n 的值是分别独立的，而 a 和 b 修改其中一个会修改两个值。这是因为 m 和 n 都是分配在栈上的，而 a 和 b 虽然也是在栈上，但是其只是存储的堆上的一个地址索引，我们不管通过 a 还是 b 索引到的堆上的内存都是同一份。

我们再来看值类型和引用类型，在栈上的数据访问快，在堆上的数据访问相对慢，因此，当我们开发过程中，通过需求，比如底层的一些不变的数据，完全可以有 struct 来实现，因为其不会为 null，符合值类型的要求，而且我们经常访问，会更快一些。

我们看上图发现，值类型和引用类型都是继承自 Object ，也就是说：

这两个都是合法的语句。但是这里面隐藏了一个非常常见的一个现象，那就是装箱和拆箱。什么是装箱什么是拆箱？

装箱实际上是将值类型转换为引用类型，而拆箱是将引用类型转换为值类型。再说的透彻点，实际上装箱拆箱就是栈内存和堆内存的来回拷贝和赋值，这不仅仅浪费性能，而且还会造成没必要的 GC。因此，能避免 “装箱”、“拆箱” 操作的就尽量避免。

除了上面说的这些数据类型，还有一个写代码必不可少的，那就是函数。函数调用的时候是怎么调用的呢？实际上函数调用的参数是通过栈空间来传递的，在调用过程中会占用线程的栈资源。

当我们使用递归算法的时候，每次虽然调用的是同一个函数，但是会在栈中占用一个空间，只有走到最后的结束点后函数才能依次退出，而未到达最后的结束点之前，占用的栈空间一直没有释放。因此如果递归调用次数过多，就可能导致占用的栈资源超过线程的最大值，从而导致栈溢出，这也是为什么我们一定要尽量少用递归的原因（支持尾递归的编程语言尾递归是没这个问题的，这里不多赘述，有兴趣的同学可以自己查看一下这部分内容）。

总结

上面说了好多，好像也没说什么堆、栈的应用，但我们回过头来再看，了解了堆、栈的知识和特点（优缺点上面其实都提到了，这里就不总结了），我们会更加了解我们写的代码都 “干了什么”，因此才有可能写出更高效、更可靠的代码。对于一名程序员来说，不管未来（至少近些年还是这样的）编程语言发展的多么容易上手，一定不要忘了学习计算机的基础知识，哪怕是先学会了编程再返回来补习这些知识。祝大家工作、生活愉快！

相关 Explore 专题推荐：队列 & 栈

,