Xem Nhiều 2/2023 #️ Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap # Top 8 Trend | Sansangdethanhcong.com

Xem Nhiều 2/2023 # Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap # Top 8 Trend

Cập nhật thông tin chi tiết về Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap 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.

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 Stack Và Heap?

Stack Heap

Vùng nhớ được cấp phát khi chương trình được biên dịch.

Vùng nhớ được cấp phát khi chạy chương trình (run-time).

Vùng nhớ stack được sử dụng cho việc thực thi thread. Khi gọi hàm, các biến cục bộ của hàm được lưu trữ vào block của stack (theo kiểu LIFO). Cho đến khi hàm trả về giá trị, block này sẽ được xóa tự động. Hay nói cách khác, các biến cục bộ được lưu trữ ở vùng nhớ stack và tự động được giải phóng khi kết thúc hàm.

Vùng nhớ heap được dùng cho cấp phát bộ nhớ động (malloc( ), new( )). Vùng nhớ được cấp phát tồn tại đến khi lập trình viên giải phóng vùng nhớ bằng lệnh free( ) hoặc delete.

Kích thước vùng nhớ stack được fix cố định. Chúng ta không thể tăng hoặc giảm kích thước vùng nhớ stack. Nếu không đủ vùng nhớ stack, gây ra stack overflow. Hiện tượng này xảy ra khi nhiều hàm lồng nhau hoặc đệ quy nhiều lần dẫn đến không đủ vùng nhớ.

Khi kích thước vùng nhớ heap không đủ cho yêu cầu malloc( ), new. Hệ điều hành sẽ có cơ chế tăng kích thước vùng nhớ heap.

Ví dụ: Minh họa stack được sử dụng khi gọi hàm

int MAX(int, int); void main( void ) { int a = 5, b = 7; int max = MAX(a, b); printf("nMAX(%d, %d) = %d", a, b, max); getch(); } int MAX(int a, int b) { }

Giải thích:

Các bạn nhìn Call Stack sẽ thấy hàm main( ) gọi hàm MAX( ). Hàm main( ) và MAX( ) được lưu theo quy tắc (LIFO: last in – first out). Khi kết thúc hàm MAX( ), các thông tin lưu trữ hàm MAX( ) bị xóa, stack chỉ lưu trữ thông tin của hàm main( ). Tương tự như vậy, khi kết thúc hàm main( ), stack được xóa hoàn toàn.

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

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:

int foo(int x){ printf("De quy khong gioi hann"); return foo(x); }

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:

int *A = (int *)malloc(18446744073709551615);

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.

8.10 Phân Loại Các Vùng Nhớ (Stack &Amp; Heap …)

Chào các bạn đang theo dõi khóa học lập trình trực tuyến ngôn ngữ C++.

Sau khi tìm hiểu một số khái niệm cơ bản về con trỏ, cấp phát động, … chúng ta đã thấy được dãy địa chỉ bộ nhớ ảo được chia thành nhiều phân vùng khác nhau và được sử dụng cho những mục đích khác nhau. Trong bài học này, mình sẽ cùng các bạn tổng hợp lại chức năng của một số phân vùng trên bộ nhớ ảo.

Code segment

Code segment (text segment) là nơi mà lưu trữ các mã lệnh đã được biên dịch của các chương trình máy tính. Những mã lệnh trong phân vùng này sẽ được chuyển đến CPU xử lý khi cần thiết. Code segment chỉ chịu sự chi phối của hệ điều hành, các tác nhân khác không thể can thiệp trực tiếp đến phân vùng này. Việc đưa các mã lệnh đã được biên dịch của chương trình lên phân vùng code segment là công việc đầu tiên mà hệ điều hành cần làm khi chúng ta chạy chương trình.

Data segment

Data segment (initialized data segment) là phân vùng mà hệ điều hành sử dụng để khởi tạo giá trị cho các biến kiểu static, biến toàn cục (global variable) của các chương trình.

BSS segment

BSS segment (uninitialized data segment) cũng được dùng để lưu trữ các biến kiểu static, biến toàn cục (global variable) nhưng chưa được khởi tạo giá trị cụ thể.

Heap segment

Heap segment (free srote segment) được sử dụng để cấp phát bộ nhớ thông qua kỹ thuật Dynamic memory allocation.

Để sử dụng kỹ thuật cấp phát bộ nhớ động, ngôn ngữ C++ đã hổ trợ sẵn cho chúng ta toán tử new. Ví dụ:

Toán tử new sau khi thực thi thành công sẽ trả về địa chỉ của vùng nhớ được cấp phát trên heap, chúng ta có thể sử dụng con trỏ có kiểu dữ liệu phù hợp để lưu trữ địa chỉ trả về này, và con trỏ cũng là công cụ duy nhất giúp chúng ta có thể xác định được vị trí vùng nhớ được cấp phát là ở đâu, và cũng thông qua con trỏ để chúng ta có thể giải phóng vùng nhớ đã được cấp phát.

Chúng ta không cần biết rõ cơ chế quản lý bộ nhớ Heap như thế nào, mà chỉ cần biết rằng bộ nhớ được cấp phát trên Heap sẽ không tự giải phóng cho đến khi nào toàn bộ chương trình đang chạy kết thúc. Do đó, nếu chương trình có thời gian chạy quá lâu mà không được giải phóng các vùng nhớ một cách hợp lý, điều này sẽ làm ảnh hưởng đến việc cấp phát bộ nhớ động cho các chương trình khác.

Mình có thể kể ra một số ưu điểm và nhược điểm đáng chú ý khi sử dụng phân vùng Heap như sau:

Việc cấp phát bộ nhớ trên Heap chậm hơn các phân vùng khác.

Vùng nhớ đã được cấp phát sẽ vẫn thuộc quyền kiểm soát của chương trình đang chạy cho đến khi chúng được giải phóng, hoặc nhận được tín hiệu kết thúc chương trình.

Vùng nhớ được cấp phát phải được quản lý bởi ít nhất 1 con trỏ.

Toán tử dereference truy xuất đến vùng nhớ chậm hơn các biến thông thường.

Phân vùng Heap có dung lượng lớn nhất, nên chúng ta có thể sử dụng một cách thoải mái hơn các phân vùng khác.

Stack segment

Call Stack (thường được gọi là Stack) được dùng để cấp phát bộ nhớ cho tham số của các hàm (function parameters) và biến cục bộ (local variables). Call Stack được thực hiện theo cấu trúc dữ liệu stack, do đó, trước khi nói về phân vùng Stack trên bộ nhớ ảo mình sẽ trình bày cho các bạn về cấu trúc dữ liệu stack trước.

Stack data structure

Stack là một cơ chế tổ chức dữ liệu. Các bạn cũng từng làm việc với một kiểu tổ chức dữ liệu khá phổ biến là mảng một chiều. Mỗi cấu trúc dữ liệu sẽ tổ chức dữ liệu dưới một cơ chế khác nhau để sử dụng hiệu quả trong từng công việc cụ thể. Bây giờ chúng ta xem xét cấu trúc dữ liệu stack.

Những đĩa CD này được đặt chồng lên nhau. Khi nhìn vào chồng đĩa CD này, chúng ta chỉ có thể thực hiện 3 công việc:

(1) Nhìn vào đĩa CD trên cùng của chồng đĩa.(2) Lấy ra một đĩa CD nằm trên cùng.(3) Đặt thêm một đĩa CD lên trên cùng của chồng đĩa.

Do đó, chúng ta có thể nhận thấy ngay việc tổ chức dữ liệu theo cơ chế stack gặp nhiều hạn chế hơn so với tổ chức dữ liệu theo mảng một chiều.

Khi sử dụng mảng một chiều, chúng ta có thể truy cập vào bất kì phần tử nào bên trong mảng bằng cách đưa ra chỉ số của phần tử. Nhưng đối với stack thì không được. Chúng ta chỉ có thể thao tác với phần tử nằm trên cùng (ngoài cùng). Chúng ta thường nói stack hoạt động theo cơ chế “Last-in, first-out”. Có nghĩa là phần tử nào được thêm vào mảng sau cùng thì sẽ được lấy ra đầu tiên.

Ví dụ:

Stack ban đầu của chúng ta là

Thêm vào phần tử có giá trị là 3

Thêm vào phần tử có giá trị 9

Lấy một phần tử ra khỏi stack

Call Stack segment

Call stack segment cũng hoạt động dựa trên cơ chế tổ chức dữ liệu như stack. Khi bắt gặp một dòng lệnh khai báo biến, nếu biến đó là biến cục bộ hoặc tham số hàm, nó sẽ được cấp phát tại địa chỉ lớn nhất hiện tại trên Stack. Khi một biến cục bộ hoặc tham số của hàm ra khỏi phạm vi khối lệnh, nó sẽ được đưa ra khỏi Stack.

Để kiểm chứng điều này, các bạn có thể chạy thử đoạn chương trình sau:

Đoạn chương trình này khai báo lần lượt 5 biến cục bộ liên tiếp nhau. Nếu trong trường hợp tại thời điểm khai báo, chỉ có chương trình này được CPU xử lý, chúng ta sẽ thấy địa chỉ của 5 biến cục bộ này có địa chỉ liên tiếp nhau.

Địa chỉ sau cách địa chỉ trước đó đúng bằng kích thước của kiểu dữ liệu int.

Như vậy, lần lượt biến n1 n2 n3 n4 và n5 được cấp phát tại những địa chỉ tiếp theo (từ thấp đến cao) trên phân vùng Stack, và khi ra khỏi hàm main, lần lượt biến n5 n4 n3 n2 và n1 sẽ bị đưa ra khỏi Stack.

Stack overflow

Phân vùng Stack có kích thước khá hạn chế. Trên hệ điều hành Windows mà mình đang sử dụng, Call Stack chỉ có kích thước khoảng 1MB. Nếu chúng ta cố gắng cho chương trình cấp phát vùng nhớ trên Stack vượt quá kích thước của Stack, chúng ta gọi đó là hiện tượng tràn bộ nhớ phân vùng Stack (Stack overflow).

Một số ưu và nhược điểm có thể nhận thấy khi sử dụng phân vùng Stack

Việc cấp phát bộ nhớ trên Call Stack khá nhanh.

Nhìn vào mã nguồn chương trình, chúng ta có thể biết được thời điểm cấp phát và hủy vùng nhớ của biến trên Stack.

Kích thước vùng nhớ cấp phát trên phân vùng Stack phải được khai báo rõ ràng trước khi biên dịch.

Vùng nhớ trên phân vùng Stack có thể được truy cập trực tiếp thông qua định danh.

Kích thước của phân vùng Stack khá hạn chế.

Tổng kết

Trong bài học này, chúng ta đã cùng tìm hiểu qua một số phân vùng bộ nhớ trên dãy địa chỉ bộ nhớ ảo. Còn một phân vùng nữa thuộc vùng dịa chỉ nhỏ nhất, đứng trước Code segment là phân vùng dành cho hệ điều hành. Vì hệ điều hành cũng là một chương trình (nhưng thuộc về hệ thống) nên nó cũng cần được load lên bộ nhớ ảo như những chương trình thông thường. Điều đặc biệt là phân vùng này ngăn chặn mọi hành vi truy cập từ phía người dùng, do đó mình không đề cập đến trong bài học này.

Hẹn gặp lại các bạn trong bài học tiếp theo trong khóa học lập trình C++ hướng thực hành.

Mọi ý kiến đóng góp hoặc thắc mắc có thể đặt câu hỏi trực tiếp tại diễn đàn

chúng tôi

Bạn đang xem bài viết Sự Khác Biệt Giữa Stack Và Heap 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!