C/C++堆栈

你想了解 C/C++ 中堆栈（栈 Stack 和堆 Heap）的核心概念、区别以及使用要点，我会从新手易懂的角度帮你梳理清楚。

一、先搞懂：栈 (Stack) vs 堆 (Heap) 核心区别

可以把栈想象成「自动整理的储物柜」，堆想象成「自由摆放的大仓库」，两者的核心差异如下：

特性	栈 (Stack)	堆 (Heap)
内存管理	系统自动分配 / 释放（函数调用结束自动回收）	程序员手动分配 (new/malloc)、释放 (delete/free)
空间大小	较小（通常几 MB，系统限定）	较大（几乎可用整个系统内存）
分配速度	快（直接操作栈指针，无系统调用）	慢（需操作系统查找空闲内存块）
内存碎片	无（先进后出，连续分配）	有（频繁申请 / 释放易产生碎片）
访问效率	高（CPU 缓存友好，地址连续）	低（地址分散，缓存命中率低）
数据生命周期	随函数 / 作用域结束销毁	直到手动释放或程序结束才回收
分配方式	连续内存块（先进后出 LIFO）	非连续内存块（随机分配）
常见使用场景	局部变量、函数参数、返回值	动态数组、大型对象、全局动态数据

二、代码示例：直观理解栈和堆的使用

cpp

 

运行

 

 

 

 

#include <iostream>
#include <cstdlib> // malloc/free 头文件
using namespace std;

void stack_heap_demo() {
    // 1. 栈内存：局部变量，函数结束自动释放
    int stack_var = 10; // 栈上分配int变量
    int stack_arr[5] = {1,2,3,4,5}; // 栈上分配数组

    // 2. 堆内存：手动分配，需手动释放
    int* heap_var = new int(20); // C++方式：堆上分配int，值为20
    int* heap_arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // C方式：堆上分配数组
    
    // 给堆数组赋值
    for(int i=0; i<5; i++) {
        heap_arr[i] = i + 10;
    }

    // 打印验证
    cout << "栈变量：" << stack_var << endl;
    cout << "堆变量：" << *heap_var << endl;
    cout << "堆数组第3个值：" << heap_arr[2] << endl;

    // 3. 手动释放堆内存（必须！否则内存泄漏）
    delete heap_var; // 释放单个堆变量
    free(heap_arr);  // 释放C方式分配的堆数组
}

int main() {
    stack_heap_demo();
    // 函数结束后，stack_var、stack_arr 自动销毁
    return 0;
}

 

关键代码解释：

• 栈使用：stack_var、stack_arr 是局部变量，定义后系统自动在栈上分配内存，函数 stack_heap_demo 执行完毕后，栈内存会被系统自动回收，无需手动处理。
• 堆使用：heap_var、heap_arr 是指针，指向堆上分配的内存。new/malloc 是申请堆内存，delete/free 是释放堆内存；如果忘记释放，会导致内存泄漏（程序运行时占用的内存越来越多）。
• C/C++ 差异：C 语言中只有 malloc/free 操作堆；C++ 新增 new/delete，不仅分配内存，还会调用对象的构造 / 析构函数（栈对象也会自动调用构造 / 析构）。

三、常见坑点 & 注意事项

1. 栈溢出：栈空间有限，如果定义超大的栈数组（如 int arr[1024*1024*10];），会触发栈溢出（Stack Overflow），程序崩溃。此时应改用堆分配。
2. 内存泄漏：堆内存未手动释放，尤其是在循环 / 分支中申请堆内存时，容易遗漏 delete/free。C++ 可使用智能指针（unique_ptr/shared_ptr）自动管理堆内存。
3. 野指针：堆内存释放后，指针未置空（如 delete heap_var; heap_var = nullptr;），后续再访问该指针会导致野指针，触发程序崩溃。
4. 重复释放：对同一块堆内存多次调用 delete/free，会破坏内存管理系统，导致程序异常。

四、实战场景：什么时候用栈？什么时候用堆？

• 用栈：数据量小、生命周期和函数 / 作用域一致（如临时变量、函数参数），优点是高效、无需手动管理。
• 用堆：数据量大（如超大数组）、数据需要跨函数 / 作用域使用（如函数返回动态创建的对象）、生命周期需要手动控制（如全局缓存数据）。

总结

1. 栈是系统自动管理的「小而快」内存，适合临时、小体量数据，无需手动释放但空间有限；
2. 堆是程序员手动管理的「大而慢」内存，适合大量、长期存在的数据，核心是记得「申请即释放」避免泄漏；
3. C/C++ 中堆操作要注意内存泄漏、野指针、重复释放三大坑，C++ 推荐用智能指针简化堆内存管理。