Stack的三種含義

作者: 阮一峰  發布時間: 2013-12-09 18:15  閱讀: 6056 次  推薦: 31   原文鏈接   [收藏]  

  學習編程的時候,經常會看到stack這個詞,它的中文名字叫做"棧"。

  理解這個概念,對于理解程序的運行至關重要。容易混淆的是,這個詞其實有三種含義,適用于不同的場合,必須加以區分。

  含義一:數據結構

  stack的第一種含義是一組數據的存放方式,特點為LIFO,即后進先出(Last in, first out)。

數據結構stack

  在這種數據結構中,數據像積木那樣一層層堆起來,后面加入的數據就放在最上層。使用的時候,最上層的數據第一個被用掉,這就叫做"后進先出"。

  與這種結構配套的,是一些特定的方法,主要為下面這些。

  • push:在最頂層加入數據。
  • pop:返回并移除最頂層的數據。
  • top:返回最頂層數據的值,但不移除它。
  • isempty:返回一個布爾值,表示當前stack是否為空棧。

  含義二:代碼運行方式

  stack的第二種含義是"調用棧"(call stack),表示函數或子例程像堆積木一樣存放,以實現層層調用。

  下面以一段Java代碼為例(來源)。

  上面這段代碼運行的時候,首先調用main方法,里面需要生成一個Student的實例,于是又調用Student構造函數。在構造函數中,又調用到setName方法。

  這三次調用像積木一樣堆起來,就叫做"調用棧"。程序運行的時候,總是先完成最上層的調用,然后將它的值返回到下一層調用,直至完成整個調用棧,返回最后的結果。

  含義三:內存區域

  stack的第三種含義是存放數據的一種內存區域。程序運行的時候,需要內存空間存放數據。一般來說,系統會劃分出兩種不同的內存空間:一種叫做stack(棧),另一種叫做heap(堆)。

內存區域stack

  它們的主要區別是:stack是有結構的,每個區塊按照一定次序存放,可以明確知道每個區塊的大小;heap是沒有結構的,數據可以任意存放。因此,stack的尋址速度要快于heap。

內存區域heap

  其他的區別還有,一般來說,每個線程分配一個stack,每個進程分配一個heap,也就是說,stack是線程獨占的,heap是線程共用的。此外,stack創建的時候,大小是確定的,數據超過這個大小,就發生stack overflow錯誤,而heap的大小是不確定的,需要的話可以不斷增加。

  根據上面這些區別,數據存放的規則是:只要是局部的、占用空間確定的數據,一般都存放在stack里面,否則就放在heap里面。請看下面這段代碼(來源)。

  上面代碼的Method1方法,共包含了三個變量:i, y 和 cls1。其中,i和y的值是整數,內存占用空間是確定的,而且是局部變量,只用在Method1區塊之內,不會用于區塊之外。cls1也是局部變量,但是類型為指針變量,指向一個對象的實例。指針變量占用的大小是確定的,但是對象實例以目前的信息無法確知所占用的內存空間大小。

  這三個變量和一個對象實例在內存中的存放方式如下。

內存空間stack實例

  從上圖可以看到,i、y和cls1都存放在stack,因為它們占用內存空間都是確定的,而且本身也屬于局部變量。但是,cls1指向的對象實例存放在heap,因為它的大小不確定。作為一條規則可以記住,所有的對象都存放在heap。

  接下來的問題是,當Method1方法運行結束,會發生什么事?

  回答是整個stack被清空,i、y和cls1這三個變量消失,因為它們是局部變量,區塊一旦運行結束,就沒必要再存在了。而heap之中的那個對象實例繼續存在,直到系統的垃圾清理機制(garbage collector)將這塊內存回收。因此,一般來說,內存泄漏都發生在heap,即某些內存空間不再被使用了,卻因為種種原因,沒有被系統回收。

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