栈和堆：定义、位置、控制、范围、大小及性能解析

技术背景

在计算机编程中，栈（Stack）和堆（Heap）是两个至关重要的内存管理概念。它们用于存储程序运行时的数据，对程序的性能、稳定性和资源利用效率有着深远的影响。理解栈和堆的工作原理，对于编写高效、健壮的代码至关重要。

实现步骤

栈的实现

内存分配：当一个函数被调用时，系统会在栈顶为该函数的局部变量和一些簿记数据预留一块内存。这个过程就像是在一摞物品上再添加一个新的物品。
内存释放：当函数返回时，这块预留的内存会被释放，可供后续函数调用使用。栈的内存分配和释放遵循后进先出（LIFO）的原则，这使得栈的管理非常简单，只需调整一个指针即可。
示例代码

#include <stdio.h>

void function() {
    int localVar = 10;  // 在栈上分配内存
    printf("Local variable value: %d\n", localVar);
}

int main() {
    function();
    return 0;
}

堆的实现

内存分配：堆用于动态内存分配。程序可以在运行时随时请求从堆中分配一块内存，使用 malloc()、calloc() 或 new 等函数。
内存释放：当不再需要这块内存时，必须使用 free() 或 delete 手动释放，否则会导致内存泄漏。堆的内存分配和释放没有固定的模式，这使得堆的管理更加复杂，需要维护一个记录哪些内存块已分配、哪些空闲的表格。
示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *heapVar = (int *)malloc(sizeof(int));  // 在堆上分配内存
    if (heapVar != NULL) {
        *heapVar = 20;
        printf("Heap variable value: %d\n", *heapVar);
        free(heapVar);  // 释放堆上的内存
    }
    return 0;
}

核心代码

栈和堆的综合示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void stackExample() {
    int stackVar = 5;  // 栈上的局部变量
    printf("Stack variable value: %d\n", stackVar);
}

void heapExample() {
    int *heapVar = (int *)malloc(sizeof(int));  // 堆上的动态变量
    if (heapVar != NULL) {
        *heapVar = 15;
        printf("Heap variable value: %d\n", *heapVar);
        free(heapVar);  // 释放堆上的内存
    }
}

int main() {
    stackExample();
    heapExample();
    return 0;
}