Stack的三種含義

　　學(xué)習(xí)編程的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)看到stack這個(gè)詞，它的中文名字叫做"棧"。

　　理解這個(gè)概念，對(duì)于理解程序的運(yùn)行至關(guān)重要。容易混淆的是，這個(gè)詞其實(shí)有三種含義，適用于不同的場(chǎng)合，必須加以區(qū)分。

　　含義一：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　stack的第一種含義是一組數(shù)據(jù)的存放方式，特點(diǎn)為L(zhǎng)IFO，即后進(jìn)先出（Last in, first out）。

　　在這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)像積木那樣一層層堆起來(lái)，后面加入的數(shù)據(jù)就放在最上層。使用的時(shí)候，最上層的數(shù)據(jù)第一個(gè)被用掉，這就叫做"后進(jìn)先出"。

　　與這種結(jié)構(gòu)配套的，是一些特定的方法，主要為下面這些。

• push：在最頂層加入數(shù)據(jù)。
• pop：返回并移除最頂層的數(shù)據(jù)。
• top：返回最頂層數(shù)據(jù)的值，但不移除它。
• isempty：返回一個(gè)布爾值，表示當(dāng)前stack是否為空棧。

　　含義二：代碼運(yùn)行方式

　　stack的第二種含義是"調(diào)用棧"（call stack），表示函數(shù)或子例程像堆積木一樣存放，以實(shí)現(xiàn)層層調(diào)用。

　　下面以一段Java代碼為例（來(lái)源）。

　　上面這段代碼運(yùn)行的時(shí)候，首先調(diào)用main方法，里面需要生成一個(gè)Student的實(shí)例，于是又調(diào)用Student構(gòu)造函數(shù)。在構(gòu)造函數(shù)中，又調(diào)用到setName方法。

　　這三次調(diào)用像積木一樣堆起來(lái)，就叫做"調(diào)用棧"。程序運(yùn)行的時(shí)候，總是先完成最上層的調(diào)用，然后將它的值返回到下一層調(diào)用，直至完成整個(gè)調(diào)用棧，返回最后的結(jié)果。

　　含義三：內(nèi)存區(qū)域

　　stack的第三種含義是存放數(shù)據(jù)的一種內(nèi)存區(qū)域。程序運(yùn)行的時(shí)候，需要內(nèi)存空間存放數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)會(huì)劃分出兩種不同的內(nèi)存空間：一種叫做stack（棧），另一種叫做heap（堆）。

　　它們的主要區(qū)別是：stack是有結(jié)構(gòu)的，每個(gè)區(qū)塊按照一定次序存放，可以明確知道每個(gè)區(qū)塊的大小；heap是沒(méi)有結(jié)構(gòu)的，數(shù)據(jù)可以任意存放。因此，stack的尋址速度要快于heap。

　　其他的區(qū)別還有，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)線程分配一個(gè)stack，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)heap，也就是說(shuō)，stack是線程獨(dú)占的，heap是線程共用的。此外，stack創(chuàng)建的時(shí)候，大小是確定的，數(shù)據(jù)超過(guò)這個(gè)大小，就發(fā)生stack overflow錯(cuò)誤，而heap的大小是不確定的，需要的話可以不斷增加。

　　根據(jù)上面這些區(qū)別，數(shù)據(jù)存放的規(guī)則是：只要是局部的、占用空間確定的數(shù)據(jù)，一般都存放在stack里面，否則就放在heap里面。請(qǐng)看下面這段代碼（來(lái)源）。

　　上面代碼的Method1方法，共包含了三個(gè)變量：i, y 和 cls1。其中，i和y的值是整數(shù)，內(nèi)存占用空間是確定的，而且是局部變量，只用在Method1區(qū)塊之內(nèi)，不會(huì)用于區(qū)塊之外。cls1也是局部變量，但是類型為指針變量，指向一個(gè)對(duì)象的實(shí)例。指針變量占用的大小是確定的，但是對(duì)象實(shí)例以目前的信息無(wú)法確知所占用的內(nèi)存空間大小。

　　這三個(gè)變量和一個(gè)對(duì)象實(shí)例在內(nèi)存中的存放方式如下。

　　從上圖可以看到，i、y和cls1都存放在stack，因?yàn)樗鼈冋加脙?nèi)存空間都是確定的，而且本身也屬于局部變量。但是，cls1指向的對(duì)象實(shí)例存放在heap，因?yàn)樗拇笮〔淮_定。作為一條規(guī)則可以記住，所有的對(duì)象都存放在heap。

　　接下來(lái)的問(wèn)題是，當(dāng)Method1方法運(yùn)行結(jié)束，會(huì)發(fā)生什么事？

　　回答是整個(gè)stack被清空，i、y和cls1這三個(gè)變量消失，因?yàn)樗鼈兪蔷植孔兞浚瑓^(qū)塊一旦運(yùn)行結(jié)束，就沒(méi)必要再存在了。而heap之中的那個(gè)對(duì)象實(shí)例繼續(xù)存在，直到系統(tǒng)的垃圾清理機(jī)制（garbage collector）將這塊內(nèi)存回收。因此，一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)存泄漏都發(fā)生在heap，即某些內(nèi)存空間不再被使用了，卻因?yàn)榉N種原因，沒(méi)有被系統(tǒng)回收。

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