計(jì)算機(jī)中的棧和堆

今天的個(gè)人電腦或工作站一般配備有16至64兆字節(jié)的RAM。系統(tǒng)通過使用虛擬內(nèi)存技術(shù)將內(nèi)存塊和硬盤空間不斷交換，從而為CPU制造假象使它認(rèn)為有多得多的內(nèi)存，如200至500兆字節(jié)。雖然CPU對(duì)此渾然不知，但是用戶有時(shí)會(huì)察覺到處理速度的大幅下降。然而暇不掩瑜，虛擬內(nèi)存是一項(xiàng)極有用的以廉價(jià)方式“擴(kuò)充”計(jì)算機(jī)內(nèi)存的技術(shù)。在本節(jié)的討論中，我們不妨假設(shè)某個(gè)典型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存空間總大小是50兆字節(jié)（不論是使用真正的RAM還是虛擬內(nèi)存）。

計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理這50兆字節(jié)的內(nèi)存空間。操作系統(tǒng)使用內(nèi)存的方式有多種，如下所示：

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當(dāng)然圖示的只是一種理想化的情況，但其基本原理是適用的。如您所見，內(nèi)存存儲(chǔ)了各種當(dāng)前正在運(yùn)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行代碼，也存儲(chǔ)了操作系統(tǒng)自身的執(zhí)行代碼。每個(gè)應(yīng)用程序都帶有一些全局變量，它們也占用內(nèi)存。最后，每個(gè)應(yīng)用程序都要使用一塊稱為棧的內(nèi)存區(qū)域。棧用于保存所有的局部變量和函數(shù)參數(shù)。棧還記錄了函數(shù)調(diào)用的先后順序，因此也可以保證函數(shù)按正確的順序返回。當(dāng)一個(gè)函數(shù)被調(diào)用的時(shí)候，其局部變量和參數(shù)被“壓入”棧頂；函數(shù)返回時(shí)，這些局部變量和參數(shù)又被“彈出”。因此，在程序運(yùn)行的時(shí)候，它的棧的大小一直是變化不定的，但是有一個(gè)上限。

程序完成時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將它的代碼、全局變量和棧空間從內(nèi)存中卸載。以后的新程序就可以重用這些內(nèi)存空間。這樣，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存就會(huì)因程序的執(zhí)行和完成而不斷被“回收”和重新使用。

一般說來，在任一時(shí)刻計(jì)算機(jī)大約有50%的內(nèi)存空間是空閑的。空閑的內(nèi)存由操作系統(tǒng)支配和管理，統(tǒng)稱為堆。堆極其重要。通過在執(zhí)行時(shí)調(diào)用C函數(shù)malloc（memory allocate，內(nèi)存分配）和free，程序就可以使用堆了。這樣，程序執(zhí)行中的內(nèi)存需求就可以準(zhǔn)確地從堆上分配，而不必使用確定大小的數(shù)組聲明預(yù)先分配好。