【c++基础概念深度理解——堆和栈的区别，并实现堆溢出和栈溢出】

概要

学习C++语言，避免不了要好好理解一下堆（Heap）和栈（Stack），有助于更好地管理内存，以及如何写出一段程序“成功实现”堆溢出和栈溢出。

技术名词解释

理解东西最快的方式是根据自己目前能理解的词语去关联新的概念，不断的纠正，向正确的深度理解靠近，当无限接近的时候也就理解了想要理解的概念。

• 我们经常说堆栈，把这两个名词放到一起。其实，堆是堆，栈是栈，两种不同的内存管理区域。
• 我们经常听到的专业术语，有出栈和入栈。却不会说出堆和入堆。那么由此我们就知道它们分配方式不同。
  • 栈：栈内存由编译器自动管理，采用后进先出（FIFO）的方式进行分配和释放。当函数调用时，局部变量和函数参数会被压入栈中，函数返回时，这些变量会自动释放。
  • 堆：堆内存由程序员手动管理，使用动态内存分配（如 new 和 delete）。堆内存的分配和释放不受函数调用的限制，生命周期由程序员控制。

总之，栈内存不是我们程序员手动控制的。仅仅需要理解每次函数调用的时候，都需要将调用之前的数据压入栈中，调用结束，再释放出来。既然如此，如果说一致压入，或者说一次压入的内容太多，就把栈内存耗尽了，就导致栈溢出了（Stack Overflow）。
堆内存是我们程序员自己申请的，所以到最后一定要自己去亲自释放。要不然，一直申请不释放，迟早有一点会坐吃山空，再也申请不出来。

栈溢出和堆溢出

我们从正面不好理解，我们试着从反面来实现，看看是如何通过代码实现让栈溢出（Stack Overflow）和堆溢出（Heap Overflow）的。

• 栈溢出（Stack Overflow）

  • 栈溢出通常发生在以下情况下：
    ○ 深度递归：如果一个函数调用自身的次数过多，导致栈空间被耗尽。

    void recursiveFunction() {
        recursiveFunction(); // 深度递归，可能导致栈溢出
    }
    int main() {
        recursiveFunction();
        return 0;
    }
    

    ○ 大型局部变量：在函数中定义了过大的局部数组或结构体。

    #include 
    
    void stackOverflow(int n) {
        char largeArray[1000000];  // 定义一个过大的局部数组
        if (n > 0) {
            stackOverflow(n - 1);  // 递归调用函数，增加栈空间使用量
        }
    }
    
    int main() {
        stackOverflow(5);
        return 0;
    }
    

  • 栈溢出的结果：当栈空间耗尽时，程序可能会崩溃，通常会抛出运行时错误（如“stack overflow”）

• 堆溢出（Heap Overflow）

  • 堆溢出通常发生在以下情况下：
    ○ 动态分配内存超出系统可用的堆内存。
    ○ 内存泄漏：未释放的动态内存导致可用堆内存逐渐减少，最终达到上限。

    #include 
    int main() {
        while (true) {
            int* arr = new int[1000000]; // 不断申请大内存，不释放，可能导致堆溢出
        }
        return 0;
    }
    

  • 堆溢出的结果：当试图从堆中分配更多内存但没有足够的空间时，可能会返回 nullptr（在 C++ 中）或抛出异常，如果程序继续使用无效的指针，可能会导致未定义行为或崩溃。

小结

我们知道在什么情况下会导致栈溢出和堆溢出，就能推断栈内存是什么时候用的，堆是怎么用的，希望对理解堆和栈有一定的帮助。