作者: 阮一峰

学习编程的时候,经常会看到stack这个词,它的中文名字叫做"栈"。

理解这个概念,对于理解程序的运行至关重要。容易混淆的是,这个词其实有三种含义,适用于不同的场合,必须加以区分。

含义一:数据结构

stack的第一种含义是一组数据的存放方式,特点为LIFO,即后进先出(Last in, first out)。

在这种数据结构中,数据像积木那样一层层堆起来,后面加入的数据就放在最上层。使用的时候,最上层的数据第一个被用掉,这就叫做"后进先出"。

与这种结构配套的,是一些特定的方法,主要为下面这些。

  • push:在最顶层加入数据。
  • pop:返回并移除最顶层的数据。
  • top:返回最顶层数据的值,但不移除它。
  • isempty:返回一个布尔值,表示当前stack是否为空栈。

含义二:代码运行方式

stack的第二种含义是"调用栈"(call stack),表示函数或子例程像堆积木一样存放,以实现层层调用。

下面以一段Java代码为例(来源)。


class Student{
int age;
String name; public Student(int Age, String Name)
{
this.age = Age;
setName(Name);
}
public void setName(String Name)
{
this.name = Name;
}
} public class Main{
public static void main(String[] args) {
Student s;
s = new Student(23,"Jonh");
}
}

上面这段代码运行的时候,首先调用main方法,里面需要生成一个Student的实例,于是又调用Student构造函数。在构造函数中,又调用到setName方法。

这三次调用像积木一样堆起来,就叫做"调用栈"。程序运行的时候,总是先完成最上层的调用,然后将它的值返回到下一层调用,直至完成整个调用栈,返回最后的结果。

含义三:内存区域

stack的第三种含义是存放数据的一种内存区域。程序运行的时候,需要内存空间存放数据。一般来说,系统会划分出两种不同的内存空间:一种叫做stack(栈),另一种叫做heap(堆)。

它们的主要区别是:stack是有结构的,每个区块按照一定次序存放,可以明确知道每个区块的大小;heap是没有结构的,数据可以任意存放。因此,stack的寻址速度要快于heap。

其他的区别还有,一般来说,每个线程分配一个stack,每个进程分配一个heap,也就是说,stack是线程独占的,heap是线程共用的。此外,stack创建的时候,大小是确定的,数据超过这个大小,就发生stack overflow错误,而heap的大小是不确定的,需要的话可以不断增加。

根据上面这些区别,数据存放的规则是:只要是局部的、占用空间确定的数据,一般都存放在stack里面,否则就放在heap里面。请看下面这段代码(来源)。


public void Method1()
{
int i=4; int y=2; class1 cls1 = new class1();
}

上面代码的Method1方法,共包含了三个变量:i, y 和 cls1。其中,i和y的值是整数,内存占用空间是确定的,而且是局部变量,只用在Method1区块之内,不会用于区块之外。cls1也是局部变量,但是类型为指针变量,指向一个对象的实例。指针变量占用的大小是确定的,但是对象实例以目前的信息无法确知所占用的内存空间大小。

这三个变量和一个对象实例在内存中的存放方式如下。

从上图可以看到,i、y和cls1都存放在stack,因为它们占用内存空间都是确定的,而且本身也属于局部变量。但是,cls1指向的对象实例存放在heap,因为它的大小不确定。作为一条规则可以记住,所有的对象都存放在heap。

接下来的问题是,当Method1方法运行结束,会发生什么事?

回答是整个stack被清空,i、y和cls1这三个变量消失,因为它们是局部变量,区块一旦运行结束,就没必要再存在了。而heap之中的那个对象实例继续存在,直到系统的垃圾清理机制(garbage collector)将这块内存回收。因此,一般来说,内存泄漏都发生在heap,即某些内存空间不再被使用了,却因为种种原因,没有被系统回收。

(完)

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