Sự khác biệt giữa Stack và Heap

Quản lý bộ nhớ là một hiện tượng cơ bản của hệ điều hành được sử dụng để xử lý hoặc quản lý bộ nhớ chính nhằm kiểm soát quyền truy cập bộ nhớ trên máy tính. Mục tiêu là để ngăn chặn bất kỳ quá trình nào truy cập vào bộ nhớ chưa được phân bổ cho nó.

Hệ điều hành phân bổ bộ nhớ cho mỗi quá trình được chia thành các phân đoạn. Stack và Heap là hai cách bộ nhớ được phân bổ trong hệ điều hành.

Phân đoạn ngăn xếp được sử dụng để lưu trữ các biến chức năng cục bộ được tạo tự động, trong khi phân đoạn heap được sử dụng cho bộ nhớ được phân bổ động.

Cả hai đều được lưu trữ trong RAM máy tính và chúng có thể phát triển và co lại trong quá trình thực thi chương trình. Chúng ta hãy thảo luận chi tiết về hai và so sánh chúng để hiểu cái nào tốt hơn.

Chồng là gì?

Phân đoạn ngăn xếp là một kỹ thuật quản lý bộ nhớ được sử dụng để cấp phát bộ nhớ tĩnh. Đây là một khu vực đặc biệt trong bộ nhớ của máy tính được sử dụng để lưu trữ các biến chức năng cục bộ. Khi một hàm được gọi, bộ nhớ được phân bổ cho tất cả các biến cục bộ ở đâu đó và bạn có thể truy cập các biến đó khi bạn biết vị trí của chúng. Các khối bộ nhớ được giải phóng khi chức năng kết thúc. Stack là một trong những cách để thực hiện quá trình này một cách hiệu quả. Hãy nghĩ về nó như một cấu trúc dữ liệu cơ bản nơi các mục được sắp xếp chồng lên nhau như một chồng. Tương tự, các biến cục bộ có thể được truy cập bằng cách đẩy và bật. Đẩy liên quan đến việc thêm các mục vào ngăn xếp và bật lên có nghĩa là lấy các mục từ ngăn xếp. Các mục có thể được truy cập từ ngăn xếp theo thứ tự nhập trước xuất trước (LIFO).

Heap là gì?

Heap đề cập đến một nhóm bộ nhớ lớn được sử dụng để cấp phát bộ nhớ động, có nghĩa là bộ nhớ vẫn được phân bổ cho đến khi chương trình kết thúc hoặc bộ nhớ được giải phóng. Bộ nhớ được phân bổ ngẫu nhiên nên không có cách nào dễ dàng để truy cập vào bộ nhớ. Không giống như phân đoạn ngăn xếp, các phần tử đang được giải phóng theo thứ tự ngược lại khi chúng được phân bổ ban đầu. Nói một cách đơn giản, bộ nhớ được phân bổ cho các chương trình theo yêu cầu và được giải phóng khi không còn cần thiết. Các phần tử của heap độc lập với nhau có nghĩa là chúng có thể được truy cập khi chương trình chạy và giải phóng khi chương trình kết thúc. Nó giống như một nhóm bộ nhớ toàn cầu được sử dụng để lưu trữ các biến toàn cục và nhiều biến tham chiếu đến nó.

Sự khác biệt giữa Stack và Heap

Ý nghĩa của Stack và Heap

Trong kiến ​​trúc máy tính, ngăn xếp là một vùng đặc biệt trong bộ nhớ của máy tính được phân bổ rõ ràng cho các biến tự động. Trong lập trình, biến tự động là biến cục bộ có nghĩa là phạm vi của biến là cục bộ đối với khối mà nó được khai báo. Bộ nhớ được phân bổ tự động cho các biến này khi vào khối và bộ nhớ được giải phóng khi thoát. Mặt khác, Heap là phần bộ nhớ của máy tính được sử dụng để phân bổ bộ nhớ động, nghĩa là các khối bộ nhớ được phân bổ và phân bổ lại theo cách ngẫu nhiên.

Phân bổ bộ nhớ cho Stack và Heap

Stack được sử dụng để lưu trữ các biến cục bộ và phạm vi được xác định trong hàm. Về mặt kỹ thuật, stack hỗ trợ cấp phát bộ nhớ tĩnh tương ứng với các biến tĩnh cục bộ và biến phạm vi. Bộ nhớ được phân bổ trước khi chương trình được thực thi, thường là vào thời gian biên dịch và cấu trúc dữ liệu được sử dụng được gọi là ngăn xếp. Mặt khác, Heap được sử dụng để cấp phát bộ nhớ động nghĩa là bộ nhớ được cấp phát thủ công trong thời gian chạy trong quá trình thực thi chương trình. Các chương trình yêu cầu bộ nhớ, thường là để thêm một nút vào cấu trúc dữ liệu và trả về nếu không cần thiết.

Truy cập vào Stack và Heap

Một ngăn xếp được quản lý và tối ưu hóa bởi CPU và dữ liệu được truy cập theo thứ tự từ trước đến trước (LIFO). LIFO đề cập đến phương pháp lưu trữ dữ liệu trong ngăn xếp bộ nhớ trong đó khối bộ nhớ gần đây nhất là khối đầu tiên được giải phóng và ngược lại. Điều này làm cho quản lý bộ nhớ hiệu quả. Ngược lại, các phần tử của heap độc lập với nhau và dữ liệu có thể được truy cập tùy ý có nghĩa là một khối bộ nhớ có thể được phân bổ và giải phóng bất cứ lúc nào bất kể thứ tự của chúng. Không giống như ngăn xếp, đống không có mẫu xác định để phân bổ và phân bổ các khối bộ nhớ.

Các biến trong Stack và Heap

Bộ nhớ được quản lý tự động trong ngăn xếp và các biến được phân bổ và giải phóng tự động có nghĩa là ngăn xếp chỉ dành riêng cho các biến tạm thời. Các biến cục bộ trở nên hoạt động khi một hàm được thực thi và khi nó kết thúc, các biến đi ra khỏi phạm vi có nghĩa là phạm vi của biến là cục bộ của một hàm và tồn tại miễn là hàm đó thực thi. Không giống như trong stack, bộ nhớ được phân bổ khi chương trình chạy theo heap, khiến cho việc truy cập các biến được lưu trữ ở đây chậm hơn một chút. Vì không có thứ tự cụ thể trong các khối dự trữ, các khối bộ nhớ có thể được phân bổ và miễn phí bất cứ lúc nào.

Stack vs Heap: Biểu đồ so sánh

Tóm tắt về Stack vs Heap

Cả hai đều là những cách phân bổ bộ nhớ phổ biến nhất và được lưu trữ trong RAM của máy tính để quản lý bộ nhớ hiệu quả. Tuy nhiên, việc truy cập vào bộ nhớ trong ngăn xếp rất nhanh do bộ nhớ được quản lý tự động trong khi trong heap, bộ nhớ sẽ được quản lý theo cách thủ công, nghĩa là bạn cần tự cấp phát bộ nhớ trống khi các khối không còn cần thiết. Stack rõ ràng là nhanh hơn và dễ sử dụng hơn nhờ tính linh hoạt của nó, nhưng nó có phần ưu và nhược điểm hợp lý. Mặc dù ngăn xếp không có giới hạn về kích thước bộ nhớ, nhưng nó hơi khó thực hiện. Heap chậm hơn stack, nhưng việc thực hiện nó đơn giản hơn.