目录

概述

1 认识stack和heap

1.1 栈区（stack）

1.2 堆区（heap）

2 stack和heap的区别

2.1 管理方式的不同

2.2 空间大小不同

2.3 产生碎片不同

2.4 增长方式不同

2.5 分配方式不同

2.6 分配效率不同

3 确定stack和heap空间

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概述

本文主要讲述了嵌入式开发中的stack和heap的概念，还详细比较了它们之间的区别，以及在实际应该过程中注意的问题。

1 认识stack和heap

1.1 栈区（stack）

由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行的过程中实时的加载和释放。因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间的过程。

1.2 堆区（heap）

用于动态内存分配，堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放。对于有内存管理的OS来说，OS会定期回收没有被释放且没有被使用的内存。

在 ANSI C 中可以用 malloc()和 free()两个函数动态地分配内存和释放内存。但是，在嵌入式实时操作系统中，多次这样做会把原来很大的一块连续内存区域，逐渐地分割成许多非常小而且彼此又不相邻的内存区域，也就是内存碎片。由于这些碎片的大量存在，使得程序到后来连非常小的内存也分配不到。 在 4.02 节的任务堆栈中， 我们讲到过用 malloc()函数来分配堆栈时， 曾经讨论过内存碎片的问题。 另外， 由于内存管理算法的原因， malloc()和 free()函数执行时间是不确定的。
 

分配单个堆空间

分配多个堆空间

2 stack和heap的区别

stack是由编译器在程序运行时分配空间区域，由操作系统维护。在C语言中，堆是由malloc()函数分配的内存区，该内存的释放是由free（）函数来完成。

stack和heap的区别由如下几点：

2.1 管理方式的不同

stack在程序运行时，由操作系统自动管理，无需程序员手动操作。堆的操作必须有程序员手工操作，否则会出现内存泄漏的情况。

一个stack调用的范例：

2.2 空间大小不同

stack是一个向地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。即栈顶的地址和栈的最大容量是由系统预先规定好的，当申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示溢出，因此，能重栈获得空间大小。

heap是想高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。系统使用链表来存储空闲的内存地址，而链表遍历方式是从低地址开始，到高地址结束。堆获取内存空间比较灵活。

2.3 产生碎片不同

对heap来说，需要频繁的使用malloc/free来申请或者释放内存，可能会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使得程序运行的效率降低。而stack的空间在程序运行时已经被分配好了。所以，不会出现这样的情况。

2.4 增长方式不同

heap的增长方式是向上的，朝着内存地址增加的方向增长

stack的增长方式是向下的，即朝着内存地址减少的方向增长

2.5 分配方式不同

heap都是由malloc/free来申请或者释放内存。stack的申请和释放是由操作系统自动完成的。

stack的动态分配是由alloca（）函数来完成的，但其释放是由操作系统自动完成的。

2.6 分配效率不同

stack是系统提供的数据结构，操作系统会在底层对其提供支持，分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈和出栈都有专门的指令执行，堆是由C函数库提供的。堆的操作由一整套算法来寻找内存空间，所以，堆的分配效率和栈相比会低很多。

3 确定stack和heap空间

Step -1:  在初始化时，将栈空间全部初始化一个固定数据0x5a

step -2:  初始化完成后，程序可以正常使用堆栈，由于程序会忘栈中压入新的数据，这将覆盖原来的数据0x5a

step - 3: 程序在运行的过程中，堆栈中的数据会起起落落的变化，最终在程序运行完成时，会有一个最大的栈空间。这个最大的栈空间是程序所需要最大的栈空间