Go语言中对于堆栈理解

桃扇骨 2022-12-10 03:50 146阅读 0赞

在JAVA中相信大家对堆栈应该有个很清晰的认知。

**什么是堆栈?**  
在计算机中堆栈的概念分为:**数据结构的堆栈**和**内存分配中堆栈**。

**数据结构的堆栈:**

**堆:**  
堆可以被看成是一棵树，如:堆排序。在队列中，调度程序反复提取队列中第一个作业并运行，因为实际情况中某些时间较短的任务将等待很长时间才能结束，或者某些不短小，但具有重要性的作业，同样应当具有优先权。堆即为解决此类问题设计的一种数据结构。

**栈:**  
—种先进后出的数据结构。这里着重讲的是内存分配中的堆和栈。

**内存分配中的堆和栈**

**栈(操作系统)∶**

由操作系统自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

**堆(操作系统)︰**

一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。

**堆栈缓存方式**

**栈**  
栈使用的是一级缓存，他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。

**堆**  
堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定(并不是一旦成为孤儿对象就能被  
回收)。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

## 栈总结 ##

说白了，栈（Stack）是一种拥有特殊规则的线性表数据结构。  
栈只允许从线性表的同一端放入和取出数据，按照后进先出（LIFO，Last InFirst Out）的顺序，如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3pwMTc4MzQ5OTQwNzE_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

往栈中放入元素的过程叫做入栈。  
入栈会增加栈的元素数量，最后放入的元素总是位于栈的顶部，最先放入的元素总是位于栈的底部。

从栈中取出元素时，只能从栈顶部取出。取出元素后，栈的元素数量会变少。最先放入的元素总是最后被取出，最后放入的元素总是最先被取出。不允许从栈底获取数据，也不允许对栈成员（除了栈顶部的成员）进行任何查看和修改操作。

栈的原理类似于将书籍一本一本地堆起来。书按顺序一本一本从顶部放入，要取书时只能从顶部一本一本取出。

## 堆总结 ##

堆在内存分配中类似于往一个房间里摆放各种家具，家具的尺寸有大有小，分配内存时，需要找一块足够装下家具的空间再摆放家具。  
经过反复摆放和腾空家具后，房间里的空间会变得乱七八糟，此时再往这个空间里摆放家具会发现虽然有足够的空间，但各个空间分布在不同的区域，没有一段连续的空间来摆放家具。此时，内存分配器就需要对这些空间进行调整优化，如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3pwMTc4MzQ5OTQwNzE_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

堆分配内存和栈分配内存相比，堆适合不可预知大小的内存分配。但是为此付出的代价是分配速度较慢，而且会形成内存碎片。

## 变量和栈关系 ##

栈可用于内存分配，栈的分配和回收速度非常快。下面的代码展示了栈在内存分配上的作用：

func calc(a, b int) int { 
        var c int        
        c = a * b      
        
        var x int       
        x = c * 10    
        
        return x
    
    }

**解析：**

*  第 1 行，传入 a、b 两个整型参数。
 *  第 2 行，声明整型变量 c，运行时，c 会分配一段内存用以存储 c 的数值。
 *  第 3 行，将 a 和 b 相乘后赋值给 c。
 *  第 5 行，声明整型变量 x，x 也会被分配一段内存。
 *  第 6 行，让 c 乘以 10 后赋值给变量 x。
 *  第 8 行，返回 x 的值。

上面的代码在没有任何优化的情况下，会进行变量 c 和 x 的分配过程。  
Go语言默认情况下会将 c 和 x 分配在栈上，这两个变量在 calc() 函数退出时就不再使用，函数结束时，保存 c 和 x 的栈内存再出栈释放内存，整个分配内存的过程通过栈的分配和回收都会非常迅速。

## 堆和栈的分配 ##

变量定义完成一般是分配在堆和栈空间上的，存在哪个空间上是根据你是否有动态分配内存有关（new/malloc）。  
但是在Go语言上这个选择并不是基于使用var和new关键字来声明变量的。

示例一：

var p *int    //全局指针变量
    func f(){ 
        var i int
        i = 1
        p = &i    //全局指针变量指向局部变量i
    }

示例二：

func f(){ 
        p := new(int) //局部指针变量，使用new申请的空间
        *p = 1
    }

第一个示例中，使用var定义局部变量，但是由于 将引用赋值给全局指针变量p,当函数结束，此时i并不会被释放，所以局部变量i是申请在堆上(程序员手动释放)。

第二个示例中，使用new申请空间，由于退出函数p会被释放，所以p是申请在栈上(自动释放)。

Go语言区别于C/C++，虽然变量申请在堆空间上，但是它有自动回收垃圾的功能，所以这些堆地址空间也无需我们手动回收，系统会在需要释放的时刻自动进行垃圾回收。

go语言编译器会自动决定把一个变量放在栈还是放在堆，编译器会做逃逸分析(escape analysis)，当发现变量的作用域没有跑出函数范围，就可以在栈上，反之则必须分配在堆。

对于动态new出来的局部变量，go语言编译器也会根据是否有逃逸行为来决定是分配在堆还是栈，而不是直接分配在堆中。

最后结论就是一个函数内局部变量，不管是不是动态new出来的，它会被分配在堆还是栈，是由编译器做逃逸分析之后做出的决定。

后面会说到对变量逃逸做具体讲解，以此决定应该使用堆还是栈来进行内存分配。

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