Xem Nhiều 1/2023 #️ Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap Trong Lập Trình C# # Top 5 Trend | Sansangdethanhcong.com

Xem Nhiều 1/2023 # Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap Trong Lập Trình C# # Top 5 Trend

Cập nhật thông tin chi tiết về Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap Trong Lập Trình C# mới nhất trên website Sansangdethanhcong.com. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.

Như các bạn đã biết c# là một ngôn ngữ đa năng, mạnh mẽ và hướng đối tượng. Trong lập trình c# quản lý về cấp phát bộ nhớ và dọn dẹp rác được thực hiện một cách tự động. Tuy nhiên đối với các bạn mới học lập trình c# thì cần hiểu quan tâm đến cơ chế hoạt động của chúng ra sao. Bên cạnh đó những người chưa rõ cũng nên đọc bài viết để hiểu được rõ cách thức hoạt động của một số biến trong lập trình. Bài viết này tôi sẽ khái quát về Stack và Heap các loại biến và giải thích cách hoạt động của chúng.

.Net framwork lưu trữ tất cả các phần tử của mình ở 2 nơi trong bộ nhớ đó là Stack và Heap. Cả Stack và Heap đều có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thi hành code. Chúng được đặt trong bộ nhớ điều hành trên máy và chứa những phần của thông tin và chúng ta cần để vận hành.

Sự khác nhau giữa Stack và Heap.

Các bạn hãy hình dùng Stack như một tập hợp các ngăn xếp mà ngăn đầu tiên nằm ở trên cùng. Chúng ta chỉ có thể làm việc được với ngăn xếp trên cùng ấy. Sau khi làm việc với ngăn trên cùng chúng ta phải “vứt” nó đi thì mới làm việc được với ngăn xếp tiếp theo. Còn Heap cũng tương tự như Stack nhưng mục đích sử dụng của Heap là để lưu trữ thông tin chứ không phải lưu lại tất cả các lần thi hành lệnh như stack và tất cả thông tin được lưu trên Heap có thể được truy cập bất kì thời điểm nào. Không có sự phụ thuộc dữ liệu nào được phép truy cập như stack. Nếu Heap là một đống quần áo sạch sẽ trên giường mà bạn có thể thử bất cứ cái nào thì stack như một hộp chứa đồ mà bạn phải lấy cái trước ra rồi mới lấy được cái sau.

Hình ảnh trên không thực sự đúng với những gì diễn ra trong bộ nhớ nhưng có thể cho bạn thấy sự khác biệt giứa Stack và Heap.

Stack có thể tự duy trì, có nghĩa là nó cơ bản có thể quản lý được bộ nhớ của nó, khi “hộp” đầu tiên không được sử dụng nó sẽ được vứt đi. Còn Heap lại khác, chúng ta phải quan tâm đến các dữ liệu dư thừa và việc giữ Heap được “sạch sẽ”.

Cái gì được lưu trong Stack và Heap?

Chúng ta có 4 thứ sẽ được lưu trữ trong Stack và Heap đó là : Tham trị, tham chiếu, con trỏ và các chỉ dẫn.

Các tham trị

Trong C# tất cả những biến được khai báo như sau là tham trị (Năm trong System. ValueType)

bool

byte

char

decimal

double

enum

float

int

long

sbyte

short

struct

uint

ulong

ushort

Tham chiếu

class

interface

delegate

object

string

Con trỏ

Loại thứ 3 được lưu trữ trong bộ nhớ là con trỏ. Con trỏ được quản lý bởi Common Language Nó khác với biến tham chiếu ,biến tham chiếu thì có thể được truy cập bởi một con trỏ. Con trỏ chiếm một vị trí nào đó trong bộ nhớ và sẽ trỏ đến một ví trí khác. Con trỏ có thể truy cập đến mọi thứ bạn lưu trong stack và heap và giá trị của nó có thể là một địa chỉ nhớ hoặc rỗng.

Chỉ dẫn

Tôi sẽ đề cập đến chỉ dẫn ở phần sau của bài viết này.

Làm sao để biết cái gì được làm ở đâu?Chúng ta có 2 quy tắc sau:

Tham chiếu thì luôn được thực hiện trong Heap

Con trỏ và tham trị luôn được thực hiện ở nơi nó được định nghĩa. Điều này khá phức tạp, để hiểu được bạn cần hiểu thêm về cách làm việc của stack.

Stack như tôi đã giới thiệu, dùng để giữ lại các bước thực hiện khi bạn coding. Bạn có thể hình dung nó giống như trạng thái của một thread và mỗi một thread sẽ có một stack riêng cho nó. Khi coding bạn gọi một hàm thì lời gọi hàm và các tham số của hàm sẽ được lưu vào stack. Và chúng ta sẽ thao tác với các biến ở trong hàm nằm trên đầu stack. Các bạn hãy xem ví dụ sau để hiểu rõ hơn.

1

2

3

4

5

6

public

int

AddFive

(

int

pValue

)

{

int

result

;

result

=

pValue

+

5

;

return

result

;

}

Các bạn hãy nhìn vào hình vẽ. Biến kiểu int pValue được nằm trên cùng sau đó mới đến tên hàm AddFive().

Chú ý rẳng hình ảnh chỉ có tính chất minh họa.

Tiếp đến, Thread thi hành method sẽ thực hiện theo nội dung của hàm AddFive() và một trình biên dịch JIT Sẽ được thực hiện nếu đây là lần đầu tiên chúng ta gọi đến nó. Nếu bạn chưa rõ JIT là gì bạn có thể tham khảo bài viết: Phân biệt các khái niệm trong .NET

Và sau khi hàm đó được thực hiện chúng ta cần phải có bộ

nhớ để lưu biến kết quả và đó chính là một nơi trong stack.

Khi hàm kết thúc kết quả sẽ được trả về và được lưu trong biến result.

Và vùng nhớ trong stack sẽ được giải póng bằng cách đưa con trỏ đến một vùng nhớ khác nơi hàm AddFive() bắt đầu và chúng ta sẽ đi xuống hàm tiếp theo trong stack.

Trong ví dụ này, biến “result” là một nơi trong stack. Như ta đã thấy, cứ lúc nào một biến trong method được khai báo thì nó sẽ được đặt vào stack

Tuy nhiên kiểu giá trị cũng được lưu trong Heap. Hãy nhớ quy tắc, Kiểu giá trị luôn đến nơi nó được khai báo? Vậy thì nếu một biến kiểu giá trị được khai báo ngoài hàm nhưng trong một kiểu tham chiếu nó sẽ nằm ở trong kiểu tham chiếu trên Heap.

Chúng ta có lớp class MyInt đây là kiểu tham chiếu vì nó là một class

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

public

class

MyInt

{

public

int

MyValue

;

}

V

à

h

à

m

sau

đấ

y

đượ

c

th

c

hi

n

:

public

MyInt

AddFive

(

int

pValue

)

{

MyInt

result

=

new

MyInt

(

)

;

result

.

MyValue

=

pValue

+

5

;

return

result

;

}

Như tôi đã nói, thread bắt đầu thi hành hàm và những tham số của nó sẽ được đặt vào trong stack của thread đó.

Nó bắt đầu có sự khác biệt với ví dụ trước.

Sau khi hàm AddFive() kết thúc, chúng ta sẽ dọn dẹp ….

không có một con trỏ nào trỏ đến MyInt.

Đây là lúc chúng ta cần đến bộ dọn dữ liệu rác . Mỗi lần chương trình của chúng ta gần vượt qua giới hạn bộ nhớ, chúng ta sẽ cần thêm không gian trong heap. Bộ dọn dữ liệu rác sẽ dừng tất cả các thread lại (a FULL STOP), tìm tất cả các đối tượng trong heap mà đang không được truy cập bởi chương trình chính và xóa nó đi. Bộ dọn dữ liệu rác cũng sẽ tổ chức lại các đối tượng để tạo không gian nhớ và điều chỉnh tất cả các con trỏ đến các đối tượng ở cả stack và Heap. Bạn có thể nghĩ rằng đây là một sự cản trở tới quá trình thực hiện chương trình, do đó việc sắp xếp dự liệu trong stack và Heap là rất cần thiết để có một chương trình tối ưu.

Khi chúng ta sử dụng kiểu tham chiếu, chúng ta phải phân chia con trỏ đến kiểu, không phải chỉ quan tâm đến riêng kiểu tham chiếu tuy nhiên khi chúng ta sử dụng kiểu giá trị chúng ta chỉ cần quan tâm đến bản thân kiểu đó. Nghe có vẻ khó hiểu? Hãy nghiên cứu ví dụ sau:

Nếu chúng ta thực thi hàm sau:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

public

int

ReturnValue

(

)

{

int

x

=

new

int

(

)

;

x

=

3

;

int

y

=

new

int

(

)

;

y

=

x

;

y

=

4

;

return

x

;

}

Chúng ta sẽ nhận về giá trị 3, khá là đơn giản phải không?

Tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng MyInt class từ trước

1

2

3

4

public

class

MyInt

{

public

int

MyValue

;

}

sau đó chúng ta thực hiện method sau:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

public

int

ReturnValue2

(

)

{

MyInt

x

=

new

MyInt

(

)

;

x

.

MyValue

=

3

;

MyInt

y

=

new

MyInt

(

)

;

y

=

x

;

y

.

MyValue

=

4

;

return

x

.

MyValue

;

}

Chúng ta sẽ nhận được kết quả là 4.

Tại sao lại như vậy?

ở ví dụ đầu tiên mọi thư như được sắp sẵn như sau:

1

2

3

4

5

6

7

public

int

ReturnValue

(

)

{

int

x

=

3

;

int

y

=

x

;

y

=

4

;

return

x

;

}

ở ví dụ sau chúng ta không nhận về 3 bời vì cả 2 biến x và y đều trỏ đến 2 đối tượng trên Heap.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

public

int

ReturnValue2

(

)

{

MyInt

x

;

x

.

MyValue

=

3

;

MyInt

y

;

y

=

x

;

y

.

MyValue

=

4

;

return

x

.

MyValue

;

}

5

/

5

(

10

votes

)

Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap

Nội Dung:

Định nghĩa về ngăn xếp

Phân bổ ngăn xếp tuân theo chiến lược LIFO (Lần đầu ra trước) để gán bộ nhớ cho các quy trình với sự trợ giúp của thao tác đẩy và bật. Mỗi khối trong bộ nhớ có kích thước cố định không thể mở rộng hoặc ký hợp đồng. Mục cuối cùng trong ngăn xếp có thể truy cập bất cứ lúc nào. Ngăn xếp sử dụng một bộ nhớ liền kề trong đó một con trỏ có tên là cơ sở ngăn xếp trỏ đến mục nhập đầu tiên của ngăn xếp và một con trỏ khác có tên là đỉnh của ngăn xếp trỏ đến mục cuối cùng của ngăn xếp.

Stack cũng hỗ trợ các cuộc gọi chức năng. Một lệnh gọi hàm có thể chứa một tập hợp các mục ngăn xếp, được gọi là khung ngăn xếp. Một tên khác của khung stack là bản ghi kích hoạt trong con của trình biên dịch vì nó lưu trữ dữ liệu được sử dụng tại thời điểm biên dịch chương trình. Bất cứ khi nào một chức năng được gọi là khung ngăn xếp được đẩy vào ngăn xếp.

Khung ngăn xếp bao gồm một trong hai địa chỉ hoặc giá trị của tham số hàm và địa chỉ trả về có nghĩa là nơi điều khiển sẽ được trả về sau khi hoàn thành thực thi chức năng.

Định nghĩa của Heap

Phân bổ heap không theo bất kỳ cách tiếp cận xác định; thay vào đó, nó cho phép gán ngẫu nhiên và phân bổ lại bộ nhớ. Một yêu cầu gán bởi một tiến trình trả về với một con trỏ tới vùng nhớ được phân bổ trong một đống và quá trình truy cập vào vùng nhớ được phân bổ thông qua con trỏ.

Giao dịch được thực hiện thông qua yêu cầu thỏa thuận, giống với ngăn xếp nơi bộ nhớ được giải phóng tự động. Heap phát triển các lỗ hổng trong phân bổ bộ nhớ khi cấu trúc dữ liệu được xây dựng và giải phóng. Nó được sử dụng trong thời gian chạy.

Trong một ngăn xếp, việc phân bổ và phân bổ được thực hiện bởi CPU và tự động trong khi, trong heap, nó cần phải được lập trình viên thực hiện thủ công.

Xử lý khung heap tốn kém hơn xử lý khung stack.

Thực hiện một ngăn xếp là phức tạp. Như chống lại, thực hiện một đống là đơn giản.

Một lệnh gọi hàm trong stack mất thời gian O (N). Ngược lại, phải mất O (1) thời gian trong một đống.

Thực hiện ngăn xếp chủ yếu bị vấn đề thiếu bộ nhớ. Ngược lại, vấn đề chính trong một đống là sự phân mảnh.

Truy cập vào khung ngăn xếp dễ dàng hơn heap vì ngăn xếp bị giới hạn trong vùng bộ nhớ nhỏ và nó luôn nhấn vào bộ đệm, nhưng các khung heap bị phân tán trong bộ nhớ nên việc truy cập bộ nhớ có thể khiến bộ nhớ cache bị mất nhiều hơn.

Ngăn xếp không linh hoạt, kích thước bộ nhớ được phân bổ không thể thay đổi. Mặt khác, một đống là linh hoạt, và bộ nhớ được phân bổ có thể được thay đổi.

Một đống mất nhiều thời gian truy cập hơn một ngăn xếp.

Phần kết luận

Phân bổ ngăn xếp nhanh hơn nhưng phức tạp. Mặt khác, một đống chậm hơn, nhưng việc thực hiện nó đơn giản hơn một chồng. Heap hiệu quả hơn stack.

Sự Khác Nhau Giữa Bộ Nhớ Heap Và Bộ Nhớ Stack Trong Lập Trình Là Gì? 2022

Bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack bản chất đều cùng là vùng nhớ được tạo ra và lưu trữ trong RAM khi chương trình được thực thi. Sự khác biệt cơ bản nhất giữa hai loại bộ nhớ này đó là bộ nhớ Stack được dùng để lưu trữ các biến cục bộ trong hàm, tham số truyền vào hàm, địa chỉ trả về của hàm trong khi bộ nhớ Heap được dùng để lưu trữ vùng nhớ cho các biến con trỏ được cấp phát động bởi các hàm malloc - calloc - realloc (trong C) hoặc từ khóa new (trong C++, Java,…).

Ví dụ trong ngôn ngữ lập trình C++:

Ngoài ra, còn rất nhiều trọng điểm để so sánh sự khác nhau giữa bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack như:

Kích thước vùng nhớ

Kích thước của bộ nhớ Stack là cố định, tùy thuộc vào từng hệ điều hành, ví dụ hệ điều hành Windows là 1 MB, hệ điều hành Linux là 8 MB (lưu ý là con số có thể khác tùy thuộc vào kiến trúc hệ điều hành của bạn).

Kích thước của bộ nhớ Heap là không cố định, có thể tăng giảm do đó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ dữ liệu của chương trình.

Đặc điểm vùng nhớ.

Vùng nhớ Stack được quản lý bởi hệ điều hành, dữ liệu được lưu trong Stack sẽ tự động hủy khi hàm thực hiện xong công việc của mình.

Vùng nhớ Heap được quản lý bởi lập trình viên (trong C hoặc C++), dữ liệu trong Heap sẽ không bị hủy khi hàm thực hiện xong, điều đó có nghĩa bạn phải tự tay hủy vùng nhớ bằng câu lệnh free (trong C), và delete hoặc delete [] (trong C++), nếu không sẽ xảy ra hiện tượng rò rỉ bộ nhớ. Ở các ngôn ngữ lập trình bậc cao như .NET, Java, … đã có chế dọn rác tự động (Garbage Collection), bạn không cần phải tự tay hủy vùng nhớ Heap nữa.

Vấn đề lỗi xảy ra đối với vùng nhớ:

Bởi vì bộ nhớ Stack cố định nên nếu chương trình bạn sử dụng quá nhiều bộ nhớ vượt quá khả năng lưu trữ của Stack chắc chắn sẽ xảy ra tình trạng tràn bộ nhớ Stack (Stack overflow), các trường hợp xảy ra như bạn khởi tạo quá nhiều biến cục bộ, hàm đệ quy vô hạn,…

Ví dụ về tràn bộ nhớ Stack với hàm đệ quy vô hạn:

Nếu bạn liên tục cấp phát vùng nhớ mà không giải phóng thì sẽ bị lỗi tràn vùng nhớ Heap (Heap overflow).

Nếu bạn khởi tạo một vùng nhớ quá lớn mà vùng nhớ Heap không thể lưu trữ một lần được sẽ bị lỗi khởi tạo vùng nhớ Heap thất bại.

Ví dụ trường hợp khởi tạo vùng nhớ Heap quá lớn:

Khi nào nên sử dụng bộ nhớ Stack và bộ nhớ Heap

Khi bạn không biết chính xác cần bao nhiêu vùng nhớ là đủ để lưu trữ dữ liệu trong khi chương trình đang chạy thì dùng bộ nhớ Heap (ví dụ điển hình là cấp phát động của mảng), còn lại thì sử dụng bộ nhớ Stack.

Hoặc khi dữ liệu quá lớn vượt quá khả năng của Stack thì bạn nên dùng Heap.

Phân Biệt Heap Memory Và Stack Memory Trong Java

Phân biệt Heap memory và Stack memory trong java.

Bộ nhớ Heap – Heap Memory

Heap memory là bộ nhớ được sử dụng bởi Java Runtime để cấp phát bộ nhớ cho các đối tượng (object) và String.

Bất kỳ khi nào có một đối tượng được tạo, nó sẽ được tạo lưu ở bộ nhớ Heap.

Bộ dọn rác (Garbage Collection) chạy trên heap memory để giải phóng bộ nhớ được sử dụng bởi các đối tượng có bất kỳ tham chiếu nào.

Bộ nhớ Stack – Stack Memory

Stack memory được sử dụng cho quá trình thực thi của mỗi thread.

Stack memory bao gồm các giá trị cụ thể của method: các biến local và các tham chiếu tới các đối tượng chứa ở trong heap memory được tham chiếu bởi method.

Stack memory được tham chiếu theo thứ tự LIFO (Last In First Out – vào cuối cùng thì ra đầu tiên). Tức là lưu trữ kiểu ngăn xếp (stack). Khi có một method được thực thi, một block được tạo ra trong stack memory để chứa các biến nguyên thủy local và các tham chiếu tới các object. Khi method kết thúc, block đó sẽ không còn được sử dụng và được phục vụ cho method tiếp theo.

Stack memory có kích thước rất nhỏ so với Heap memory.

Ví dụ 1:

Dòng thứ 1: khi khai báo int i = 4 nó sẽ đưa i = 4 vào stack

Dòng thứ 2: khi khai báo y = 2 nó sẽ đưa y = 2 vào stack (xếp trên i = 4)

Dòng thứ 3: khi khai báo class1 cls1 = new class1(): đây là kiểu đối tượng nên nó sẽ tạo đối tượng cls1 trong heap đồng thời chưa tham chiếu của đối tượng cls1 vào stack (xếp trên cùng trong stack)

Sau khi kết thúc method, bộ nhớ trong stack được giải phóng, còn bộ nhớ trong heap thì chưa. Bộ nhớ trong heap phải chờ cho tới khi garbage collector (bộ dọn rác) của Java quét qua để giải phóng.

Ví dụ 2:

Tương tự như ví dụ trên nhưng với trường hợp đối tượng cụ thể:

Điều đặc biệt ở đây là khi bạn khai báo String name = "kai". Giá trị "kai" sẽ được lưu trong String pool và biến name trong stack thực hiện tham chiếu tới “kai“. (String là kiểu dữ liệu đặc biệt, giá trị của nó luôn được lưu trong String pool)

Khi bạn khai báo Person p = new Person(age, name) nó sẽ tạo đối tượng p với age, name tương ứng vào bộ nhớ heap và thêm biến tham chiếu tới đối tượng p vào bộ nhớ tack.

Phân biệt Heap với Stack:

Okay, Done!

References:

https://docs.oracle.com/…/garbage_collect.html

https://gurunguns.wordpress.com/…/stack-heap-value-types-reference-types-boxing-and-unboxing/

Bạn đang xem bài viết Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap Trong Lập Trình C# trên website Sansangdethanhcong.com. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!