面试题：C++中堆和栈在内存分配上的差异及使用场景举例

堆和栈在内存分配机制上的不同

分配方式：
- 栈：由编译器自动分配和释放，函数内局部变量的分配即在栈上。例如在函数void func() { int a = 10; }中，变量a的内存由编译器在栈上自动分配，函数结束时自动释放。
- 堆：需要程序员手动分配和释放，使用new（C++）或malloc（C语言）分配，delete（C++）或free（C语言）释放。如int* ptr = new int(20);，通过new在堆上分配内存，后续需delete ptr;来释放。
内存生长方向：
- 栈：内存由高地址向低地址生长。在函数调用过程中，参数和局部变量依次入栈，栈顶指针向低地址移动。
- 堆：内存由低地址向高地址生长。当使用new或malloc分配内存时，从堆的起始地址开始，向高地址方向寻找足够大小的空闲空间。
空间大小：
- 栈：空间大小通常较小，一般在几MB左右，不同操作系统和编译器可能有所不同。因为栈空间有限，递归函数如果没有正确的终止条件，很容易导致栈溢出。
- 堆：空间相对较大，理论上可使用的内存为系统剩余可用内存。
分配效率：
- 栈：分配效率高，因为是由编译器自动管理，分配和释放过程简单快速。
- 堆：分配效率相对较低，由于堆的分配需要在堆内存空间中寻找合适的空闲块，并且可能涉及到内存碎片整理等操作。

优先选择堆分配内存的场景

动态内存需求：当程序运行时才知道需要多少内存，例如实现一个动态数组类，在初始化时不知道数组的最终大小，此时需要在堆上分配内存。

class DynamicArray {
private:
    int* data;
    int size;
public:
    DynamicArray(int initialSize) {
        size = initialSize;
        data = new int[size];
    }
    ~DynamicArray() {
        delete[] data;
    }
};

对象生命周期长：当对象需要在函数调用结束后仍然存在时，如全局对象或需要在不同函数间共享的对象，需在堆上分配。

class SharedObject {
    //...
};
SharedObject* globalObj = new SharedObject();

优先选择栈分配内存的场景

局部变量：函数内部使用的临时变量，其生命周期只在函数内部，如简单的循环计数器。

void loop() {
    int i;
    for (i = 0; i < 10; ++i) {
        //...
    }
}

性能敏感：对于一些对性能要求极高且内存需求较小的场景，栈分配由于其高效性是更好的选择。例如在频繁调用的函数中使用的小型临时对象。

void frequentlyCalledFunction() {
    struct SmallStruct {
        int a;
        char b;
    } temp;
    // 使用temp进行一些操作
}

面试题：C++中堆和栈在内存分配上的差异及使用场景举例

知识考点

面试题答案

堆和栈在内存分配机制上的不同

优先选择堆分配内存的场景

优先选择栈分配内存的场景