計算機中的棧和堆

今天的個人電腦或工作站一般配備有16至64兆字節的RAM。系統通過使用虛擬內存技術將內存塊和硬盤空間不斷交換，從而為CPU制造假象使它認為有多得多的內存，如200至500兆字節。雖然CPU對此渾然不知，但是用戶有時會察覺到處理速度的大幅下降。然而暇不掩瑜，虛擬內存是一項極有用的以廉價方式“擴充”計算機內存的技術。在本節的討論中，我們不妨假設某個典型計算機的內存空間總大小是50兆字節（不論是使用真正的RAM還是虛擬內存）。

計算機的操作系統負責管理這50兆字節的內存空間。操作系統使用內存的方式有多種，如下所示：

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當然圖示的只是一種理想化的情況，但其基本原理是適用的。如您所見，內存存儲了各種當前正在運行的應用程序的執行代碼，也存儲了操作系統自身的執行代碼。每個應用程序都帶有一些全局變量，它們也占用內存。最后，每個應用程序都要使用一塊稱為棧的內存區域。棧用于保存所有的局部變量和函數參數。棧還記錄了函數調用的先后順序，因此也可以保證函數按正確的順序返回。當一個函數被調用的時候，其局部變量和參數被“壓入”棧頂；函數返回時，這些局部變量和參數又被“彈出”。因此，在程序運行的時候，它的棧的大小一直是變化不定的，但是有一個上限。

程序完成時，操作系統會將它的代碼、全局變量和棧空間從內存中卸載。以后的新程序就可以重用這些內存空間。這樣，計算機系統中的內存就會因程序的執行和完成而不斷被“回收”和重新使用。

一般說來，在任一時刻計算機大約有50%的內存空間是空閑的。空閑的內存由操作系統支配和管理，統稱為堆。堆極其重要。通過在執行時調用C函數malloc（memory allocate，內存分配）和free，程序就可以使用堆了。這樣，程序執行中的內存需求就可以準確地從堆上分配，而不必使用確定大小的數組聲明預先分配好。