一文搞懂什么是堆，什么是栈

什么是堆，什么是栈

当涉及计算机内存管理时，堆（Heap）和栈（Stack）是两个常见的术语，它们指代了内存中不同的存储区域和管理方式。

堆

堆有两种不同的含义，一个是动态分配的内存空间，另一种是特殊的数据结构，即堆（Heap）数据结构，它是一种基于树的数据结构。

动态分配的内存空间

想象你有一块土地，你可以在上面随意放置东西，然后通过地址来找到它们。这就是堆的工作原理。

在计算机中，堆是用于存储动态分配的内存的区域,需要手动分配和释放，适合存储大小不确定的数据，但需要开发人员自行管理内存。

这允许你在运行时动态地创建和管理内存。例如，你可以使用 new（C++）或 malloc（C）等函数从操作系统中请求一块内存空间，用于存储需要在运行时动态分配的数据。可以将其视为一个内存池，程序员需要手动管理分配和释放这块内存。

int* createArray(int size) {
    int* arr = new int[size];
    return arr;
}

在这个例子中，函数createArray在堆上动态分配了一个整数数组，并返回了它的地址。当你不需要这个数组的时候，可以调用delete[](C++)或free(C)来释放内存，避免内存泄漏

堆（Heap）数据结构

这是一种特殊的数据结构，通常用于实现优先队列等情况下。它是一种基于树的结构，满足特定的性质（如小顶堆和大顶堆的性质）。堆数据结构的操作，如插入、删除和获取最小（或最大）值，保持了特定的树形结构，这与上述的动态分配内存无关。

堆的结构：

堆（Heap）实际上是一种特殊类型的二叉树结构，通常称为堆树。

这些是因为堆满足一些特定的特质，例如小顶堆中每个父节点的值小于或等于其子节点的值，大顶堆中每个父节点的值大于或等于其子节点的值。何种结构使得堆在执行插入、删除和获取最小（或最大）值等操作时具有高效性能。

树结构的运用：

在计算机科学中，树结构是一种非常常见的数据结构，它模仿了树的形状，由节点和边组成。树可以用于许多问题，如层次结构、搜索、排序等。在堆中，树的结构被用于实现优先队列、堆排序等操作。

堆树的内存管理：

尽管堆在树的形状上与一般的树类似，但树不适用于存储程序中的数据，而是用于在内存中动态分配数据的存储区域。当你在堆上分配内存时，实际上在堆树中的某个位置创建了一个节点，这个节点存储了动态分配的数据。

尽管堆和数都涉及到数据的存储和组织，但它们的具体作用和实现方式是不同的。堆树的概念是堆作为数据结构的一个特定方面，它利用了树的结构来支持高效的数据操作。

栈

栈是一种线性数据结构，遵循“后进先出”（Last-In-First-Out，LIFO）的原则。它用于存储函数调用和局部变量等数据。栈的管理是自动的，由编译器或解释器控制。当进入一个新的函数作用域时，局部变量和函数参数会被压入栈中；当函数退出作用域时，栈会自动弹出这些数据，以便为下一个函数调用做准备。

栈的分配和释放是自动进行的，因此使用栈的时候不需要手动释放内存。由于栈的管理方式相对简单，因此它的内存分配和释放速度比较快。

void func1() {
    int x = 10; // x 被压入栈中
    // ...
} // x 从栈中弹出

void func2() {
    int y = 20; // y 被压入栈中
    func1();    // 调用 func1，其中的局部变量 x 被压入栈中，但在 func1 退出后会从栈中弹出
    // ...
} // y 从栈中弹出

引申

java中如何使用堆

在java中，无需手动管理堆内存，因为Java的内存管理是自动的。Java中的堆是用于存储动态分配的对象的区域，而Java虚拟机（JVM）会自动处理内存的分配和释放。以下是在Java中使用堆的基本概念：

创建对象：在java中，通常使用new关键字来创建对象，并将对象引用存储变量中。这些对象会在堆中分配内存空间。

//  创建一个名为MyClass的对象，并将其引用存储在myObject变量中
MyClass myObject = new MyClass();

自动内存管理：java的垃圾回收机制会自动检测不在使用的对象并释放它们占用的堆内存。这意味着你无需手动释放对象的内存
对象的生命周期：当对象不再被引用时，垃圾回收机制会将其标记为可回收对象。稍后，垃圾回收器会在适当的时间自动释放这些对象占用的内存

因此，在java中，使用堆的过程是隐式的，你只需要创建和操作对象，而无需考虑手动分配或释放堆内存。当对象不再被引用时，内存会由垃圾回收机制自动回收这种自动内存管理是java的一个重要特性，有助于减少内存泄漏和悬空引用等问题。

需要注意的是，尽管Java中的内存管理是自动的，但了解Java垃圾回收的工作原理和最佳实践仍然是一个好的习惯。这将有助于确保你的程序在性能和内存使用方面表现良好。

java中如何使用栈

在 Java 中，栈（Stack）通常不直接暴露给开发人员使用，而是由 Java 虚拟机（JVM）管理函数调用和局部变量等内容。 Java 中的栈是一种自动管理的内存区域，用于存储方法调用、局部变量和方法返回等数据。

虽然 Java 中的栈不像堆一样可以直接操作，但你可以了解一些与栈相关的概念和用法：

方法调用和返回：在java中，每当调用一个方法时，JVM会在栈上创建一个称为栈帧(Stack Frame)的数据结构，用于存储方法的参数、局部变量和其他与方法调用相关的信息当方法执行完毕后， 栈帧会被弹出，返回到调用方法的位置继续执行。
局部变量：当方法中声明的局部变量会存储在栈帧中。这些变量的作用范围仅限于方法的执行期间。
递归：当一个方法调用自身时，每次调用都会在栈上创建一个栈帧。这会形成一条方法调用的栈，称为调用栈(Call Stack),递归调用必须注意控制递归深度，以防止栈溢出。

虽然 Java 开发人员不需要直接操作栈，但理解栈的概念对于编写高效的递归函数和理解方法调用的工作原理非常重要。请记住，在 Java 中，栈的管理由 JVM 自动完成，不需要开发人员手动干预。