为什么栈内存比堆内存速度快？
博主介绍：程序喵大人
- 35- 资深C/C++/Rust/Android/iOS客户端开发
- 10年大厂工作经验
- 嵌入式/人工智能/自动驾驶/音视频/游戏开发入门级选手
- 《C++20高级编程》《C++23高级编程》等多本书籍著译者
- 更多原创精品文章，首发gzh，见文末
- 👇👇记得订阅专栏，以防走丢👇👇
😉C++基础系列专栏
😃C语言基础系列专栏
🤣C++大佬养成攻略专栏
🤓C++训练营
👉🏻个人网站
最主要还是因为栈内存和堆内存的管理方式不同。
内存管理方式不同
栈内存
-
栈内存是由编译器自动管理的，内存的分配和释放遵循 后进先出（LIFO） 的原则。
-
栈内存的分配和释放是通过移动栈指针来实现的，这肯定是一个非常快速的操作。
-
分配：栈指针向下移动，分配内存。
-
释放：栈指针向上移动，释放内存。
-
堆内存
-
堆内存是由程序员手动管理的，内存的分配和释放需要通过动态内存分配器（如
malloc或new）来完成。 -
堆内存的分配和释放需要维护一个复杂的内存池，可能涉及很多复杂的操作，比如：
-
查找合适大小的空闲内存块。
-
分割或合并内存块以优化内存使用。
-
处理内存碎片问题。
-
操作系统的介入
栈内存
-
栈内存的分配和释放完全由程序控制，不需要操作系统的介入。
-
栈内存的操作是用户态的操作，速度非常快。
堆内存
-
堆内存的分配和释放可能涉及操作系统的介入（如通过
brk或mmap系统调用扩展堆空间）。 -
堆内存的操作可能涉及 用户态和内核态 的切换，这会增加额外的开销。
内存碎片问题
栈内存
-
栈内存的分配和释放是顺序的，不会产生内存碎片问题。
堆内存
-
堆内存的分配和释放是随机的，可能会导致内存碎片问题。
-
内存碎片会降低内存分配器的效率，增加分配和释放的时间。
缓存局部性
栈内存
-
栈内存的分配是连续的，具有良好的缓存局部性。
-
CPU 缓存可以高效地预取栈内存中的数据，提高访问速度。
堆内存
-
堆内存的分配是分散的，缓存局部性较差。
-
CPU 缓存可能无法高效地预取堆内存中的数据，导致访问速度较慢。
线程安全性
栈内存
每个线程都有自己的栈，栈内存的分配和释放是线程私有的，不需要考虑线程同步问题。
堆内存
堆内存是全局共享的，分配和释放可能涉及线程同步问题（如锁机制），增加额外的开销。
代码示例
#include <iostream>
#include <chrono>void stackMemory() {auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {int arr[100]; // 栈内存分配}auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();std::cout << "Stack time: "<< std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count()<< " microseconds" << std::endl;
}void heapMemory() {auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {int* arr = new int[100]; // 堆内存分配delete[] arr; // 堆内存释放}auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();std::cout << "Heap time: "<< std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count()<< " microseconds" << std::endl;
}int main() {stackMemory();heapMemory();return 0;
}
输出结果
Stack time: 1267 microseconds
Heap time: 13792 microseconds
从结果可以看出，栈内存的分配和释放速度远远快于堆内存。
总结
栈内存的申请和释放速度快于堆内存，主要原因包括：
-
栈内存的管理是自动且顺序的，而堆内存的管理是手动且随机的。
-
栈内存的操作不涉及操作系统和线程同步，而堆内存可能涉及系统调用和锁机制。
-
栈内存具有良好的缓存局部性，而堆内存的缓存局部性较差。
-
栈内存不会产生内存碎片问题，而堆内存可能会产生内存碎片。
码字不易，欢迎大家点赞，关注，评论，谢谢！
C++训练营
专为校招、社招3年工作经验的同学打造的1V1 C++训练营，量身定制学习计划、每日代码review，简历优化，面试辅导，已帮助多名学员获得大厂offer！