Stell dir vor, du kannst die geheimen Details über den Stack und den Heap kennen lernen. Der Stack und der Heap sind wichtige Datenstrukturen im Arbeitsspeicher, die für die Speicherbereitstellung von ausführbaren Programmen verwendet werden. Lass uns einen Blick auf ihre Eigenschaften werfen und herausfinden, wie sie funktionieren.
Der Stack und der Heap – eine kurze Zusammenfassung
- Der Stack und der Heap sind Teile des Arbeitsspeichers.
- Der Stack ist eine LIFO-Datenstruktur und äußerst effizient.
- Der Heap kann beliebig groß werden, ist aber langsamer zu verwalten.
- Objekte auf dem Stack werden automatisch freigegeben, während der Heap manuell freigegeben werden muss.
- In einigen Programmiersprachen kannst du die Verwendung von Stack und Heap beeinflussen.
Der Stack – ein stabiler “Stapel”
Der Stack ist eine Datenstruktur, auf der die Daten “aufeinander” liegen. Neu hinzugefügte Daten werden oben drauf gelegt und entfernte Daten werden von oben nach unten entfernt. Das LIFO-Prinzip (“Last in, First out”) macht den Stack effizient und die Operationen sind schnell.
Jeder Thread eines Programms erhält einen eigenen Speicherbereich für den Stack. Hier werden Informationen wie Funktionsparameter und lokale Variablen gespeichert. Der Stack wächst, wenn neue lokale Variablen hinzugefügt werden, und schrumpft, wenn der Sichtbarkeitsbereich (“Scope”) verlassen wird. Der Speicher wird automatisch aufgeräumt. Die Stackgröße variiert normalerweise zwischen 64 KB und 8 MB und kann über die Entwicklungsumgebung oder das Betriebssystem beeinflusst werden.
Beispiel: Objekt auf dem Stack anlegen
{ // Ein neues Objekt auf dem Stack erstellen
CExampleClassBase myObject;
myObject.Print(); // Funktion über die Variable aufrufen
} // Ende des Sichtbarkeitsbereichs, Stackvariablen werden gelöscht, Destruktor von myObject wird aufgerufenEin Speicherleak entsteht, wenn ein mit “new” angelegtes Objekt auf dem Heap nicht gelöscht wird.
Der Heap – ein großer Haufen Platz
Im Gegensatz zum strukturierten Stack ist der Heap wie ein großer Haufen, der Platz für viele Daten bietet. Der Heap kann beliebig groß werden, aber die Verwaltung des Heaps ist komplexer als die des Stacks. Speicher, der auf dem Heap angelegt wird, muss explizit freigegeben werden, entweder vom Programmierer oder vom Garbage Collector in einigen Programmiersprachen.
Der Zugriff auf den Heap erfolgt über Zeiger, selbst wenn dies nicht immer direkt ersichtlich ist. Auf dem Heap angelegte Objekte können global verwendet werden, solange ein Zeiger oder eine Referenz vorhanden ist.
Beispiel: Objekt auf dem Heap anlegen
// Ein neues Objekt auf dem Heap erstellen und darauf einen Zeiger erhalten
CExampleClassBase* myObject = new CExampleClassDerived();
myObject->Print(); // Funktion über den Zeiger aufrufen
delete myObject;
myObject = NULL; // NULL kann ab C++11 durch "nullptr" ersetzt werdenDie Eigenschaften des Heaps lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Der Heap kann beliebig groß werden, solange die Prozessgrenze nicht erreicht wird.
- Das Anlegen und Freigeben von Objekten ist im Vergleich zum Stack langsam.
- Auf dem Heap angelegte Objekte können global verwendet werden.
- In Programmiersprachen ohne Garbage Collector muss der Speicher manuell freigegeben werden, wenn er nicht mehr benötigt wird.
Die Anwendung von Stack und Heap
In einigen Programmiersprachen wie Java hat man keinen direkten Einfluss auf die Verwendung von Stack oder Heap. In C++ hingegen kann man Objekte sowohl auf dem Stack als auch auf dem Heap anlegen. Im Allgemeinen werden Objekte mit dem “new”-Operator auf dem Heap angelegt und für andere Variablen wird der Stack verwendet. Es ist jedoch wichtig, darauf zu achten, mit dem “new”-Operator angelegte Objekte auch wieder zu löschen, um Speicherlecks zu vermeiden.
Fazit
Der Stack und der Heap sind wichtige Teile des Arbeitsspeichers, die für die Speicherbereitstellung von ausführbaren Programmen verwendet werden. Der Stack ist schnell und effizient, während der Heap mehr Flexibilität bietet, aber langsamer zu verwalten ist. Es ist wichtig, die Eigenschaften von Stack und Heap zu verstehen, um sicherzustellen, dass der Speicher optimal genutzt wird und Speicherlecks vermieden werden.
