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2019-04-27：stack vs heap.md

File metadata and controls

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stack vs heap

變數會佔用記憶體，記憶體分為三個部份來存這些變數

  • global: 用來放全域變數、靜態變數(static)等等。
  • stack: 堆疊（中國棧）
  • heap: 堆積（中國堆）

stack: 堆疊（中國棧）

區域變數、函式的參數與函式的位址等等，由系統管理，必須在編譯時期為已知

  • 變數的回收會發生在它從堆疊pop出去
  • 因為個數、大小什麼的都是已知，所以系統知道怎麼進行配置與回收
  • 用於靜態記憶體配置
  • 在編譯時期系統已經可以預知 x 從何時開始配置跟何時結束回收(當然就是看所屬block結束就跟著回收)
  • 由於配置跟回收的規則明確，當然就往stack擺囉。
  • 為何是存放在stack呢，因為函式的呼叫有後進先出的概念
    • 當method1()被呼叫而開始執行
    • 待結束時必定會查找該返回何處
    • 故最後一定會讀取函式的返回位址，既然如此明確而有條理
    • 當然也是往stack放！
  • 可預測性外加後進先出的生存模式，令stack無疑是最佳的存放策略
  • 程式語言中變數跟函式的生命週期皆為後進先出的概念
    • 也就是越晚產生的會越先被回收或銷毀
  • 正因如此只要是可預測性的相關資訊都是往stack存放

heap: 堆積（中國堆）

heap記憶體

  • 用於動態記憶體配置
  • 由使用者負責進行回收
  • 配置則是由malloc或是new來負責
  • 為何在寫Java都不需要注意 heap 回收空間的問題？
    • 因為Java GC 的機制自動檢查Heap中哪些資料已經沒有被使用
    • 當確認資料已經沒有使用會自動將空間回收

使用這裡的記憶體

  • 主要是用在編譯時期還不知道大小或個數的變數

例如說，需要用一個陣列，這個陣列的大小要

  • 在執行的時候由使用者的輸入來決定
    • 那你就只能使用動態配置，也就是把這個陣列配置在heap中

為什麼stack快

高手經驗，當記憶體用到 1G 後，stack 比 heap 快很多

網路上一些總結

  • value type 的變數, 包括「指標」變數會放在 stack
    • reference type 的變數 (如 string, object) 本身也會放 stack
    • 然而他的值 (value) 則是放 heap
  • box 就是 value types to reference types 的過程
    • 所以 value 會被放到 heap 中
    • 而產生一個 object 變數來指向這個 value
      • 變數指標則是在 stack
  • unbox 是 reference types to value types 的過程
    • 原本 object 所指向的值 (heap 中) 會被複製到 stack 中
    • 並賦予明確 value type 型別

深入 Stack

記憶體 - 資料存放的角度

stack 的操作特色是

  • LIFO (last in, first out)
    • (相反的叫 FIFO, 一般的 queue 就是這個行為)

記憶體 - 程式運行的角度

進入 main() → 呼叫 foo() → 結束 main() 的過程
細節來說, 是這樣的 :

  1. 進入 main()
  2. 儲存 main 區域變數與呼叫參數
  3. 呼叫 foo()
  4. 儲存 foo 區域變數與呼叫參數
  5. 結束 foo()
  6. 結束 main()

精緻版 :

  1. 進入 main()
  2. 儲存 main 區域變數與呼叫參數
  3. 配置 foo 回傳結果位址
  4. 呼叫 foo()
  5. 儲存 foo 區域變數與呼叫參數
  6. 結束 foo()
  7. 回存 foo 回傳結
  8. 接續執行 main()
  9. 結束 main()

javascript

  • Does JS uses stack or heap for memory allocation or both?
  • I know JS uses heap for achieving closures
    • does it also use stack?
    • What are the use cases for what it uses and when it uses?

V8

V8 uses a heap similar to JVM and most other languages however, means that

  • local variables (as a general rule) are put on the stack
  • objects in the heap.

how differ, when are usually used in classic system-languages, like C.

Stack

  • First-In-Last-Out
  • When a new thread is started by a computer program a new stack is created
    • (usually the main thread first ;) ),
  • It is small and can be used to quickly store and retrieve temporary data
  • In C, The stack is usually used for low-cost data
    • like simple data types (integer, float, pointer ( is also just an integer))
    • to keep it speedy and prevent a stack-overflow.

Heap

  • called "free store"
  • used to store arbitrary data in an unordered fashion
    • that's why it's a lot slower
  • used for data structures in classic languages
  • In order to quickly find heap-data when doing operations, a pointer to it is stored on the stack.

V8

  • JS is a garbage-collected language
  • GC means that there is data scattered around which has to be cleaned up

Does that sound like the data is stored on the stack?Rather... no, because

  • stack has strictly ordered data
  • So, variables are allocated on the heap

從 V8 原始碼找答案

  • a class called "Boolean" is used
  • 當使用一個 boolean 值時，"Boolean" class 被 instantiated
  • C++ land. C++, like C 儲存 data structures on the heap
    • and only works with pointers to it in the stack

所以當 V8 需要 allocate 一個新 variable 時

  • V8 allocates a structure holding the data
  • 加上額外的 information on the heap

有趣的是 V8 後面的 optimizer because if a variable is always used as a boolean, it might as well drop the structure and use it as a boolean on the stack, which would bring us to system-performance without all that soft abstraction stuff on top. （這段沒法想像，翻中文更不懂，直接貼了）