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可能的重复：
堆和堆栈内存是如何管理、实现和分配的？
C++ 中的栈、静态和堆

在 C/C++ 中，我们可以将变量、函数、成员函数、类的实例存储在堆栈或堆上。

每个是如何实现的？它是如何管理的（高级）？gcc 是否预先分配一块内存用于堆栈和堆，然后根据请求分配？原始内存是否来自 RAM？

可以在堆而不是堆栈上分配函数吗？

             --Clarification--

我真的在问堆和堆栈内存的实现和管理。阅读参考问题后，我没有找到任何可以解决的问题...感谢链接

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我认为对于您的问题，至少可以轻松地为操作系统这本书写一些章节。我建议您阅读 Tanenbaum：现代操作系统。

堆和堆栈的主要区别，一个是每个进程项，另一个是每个线程项。最初，当程序启动时，它会获得一些最小的堆和一些堆栈段。堆增长，堆栈是静态的（对于每个线程）。如果您编写一个不终止的递归函数（无限递归），您将得到堆栈溢出；）任何函数调用在堆栈段上都有一个堆栈帧，当函数离开时，堆栈被展开并且框架可以被自由使用下一个功能。栈是一个连续的线性结构。在 Linux 上，您可以通过环境变量配置进程的堆栈段大小。在 Windows 上（至少使用 MS Visual C++），您可以传递带有堆栈段大小的链接器标志。在编译时分配一些大数组时也可能产生堆栈溢出：

char test[1000000];

堆是一个不同的故事。当一个进程启动时，堆大小是一些默认值，并且可以从操作系统到操作系统或在该操作系统上使用的配置（例如，在 Windows 上默认为 2MB，据我记得）。此外，如果您需要更多堆，为变量分配更多空间等，它会增长。如果程序没有释放堆内存，它就会耗尽它（或堆空间）。堆实现有不同的数据结构，其中一些是二叉树的衍生物，一些不是例如斐波那契堆（树的森林）。您可以阅读一些关于如何编写内存分配器的文章等。必须优化这些数据结构，以便在需要释放分配的块时查找堆节点，或者在需要新的堆空间时追加（查找空闲块）。

32 位操作系统上的每个进程都有 4GB 的虚拟地址空间。正如您可以想象的那样，不可能有那么多 RAM 适合所有具有 4GB 虚拟地址空间的进程。操作系统内存按页面组织，当不再需要或过期时，这些页面将被交换到 HD。这就是分页发挥作用的地方。一切都映射到页面：具有堆栈或不断增长的堆的进程。由于堆的结构是动态增长的，它可以放在多个页面上。这就是为什么堆访问可能非常昂贵的原因，因为如果页面不在内存中，则会发生页面错误，并且操作系统必须从磁盘加载页面（这可能会慢很多）。正在执行的线程的堆栈帧在处理器缓存中，这比 RAM 快得多。

可能有不同的堆类型，可能有对小对象非常快的堆或在多线程环境中非常有效的堆。Alexandrescu 在“现代 C++ 设计”中描述了如何开发小对象分配器和管理小对象的堆。此实现在他的 Loki C++ 库中可用。一些嵌入式系统提供物理上不同的内存区域，可以在其中实现不同的堆类型。如果您想击败编译器，编写自己的分配器（堆管理器等）是一项艰巨的工作。

问候，
欧文斯

于 2009-07-31T15:44:01.630 回答