Stack的三种含义

        学习编程的时候，经常会看到 stack 这个词，它的中文名字叫做"栈"。

        理解这个概念，对于理解程序的运行至关重要。容易混淆的是，这个词其实有三种含义，适用于不同的场合，必须加以区分。

        含义一：数据结构

        stack 的第一种含义是一组数据的存放方式，特点为 LIFO，即后进先出（Last in, first out）。

        在这种数据结构中，数据像积木那样一层层堆起来，后面加入的数据就放在最上层。使用的时候，最上层的数据第一个被用掉，这就叫做"后进先出"。

        与这种结构配套的，是一些特定的方法，主要为下面这些。

• push：在最顶层加入数据。
• pop：返回并移除最顶层的数据。
• top：返回最顶层数据的值，但不移除它。
• isempty：返回一个布尔值，表示当前 stack 是否为空栈。

        含义二：代码运行方式

        stack 的第二种含义是"调用栈"（call stack），表示函数或子例程像堆积木一样存放，以实现层层调用。

        下面以一段 Java 代码为例（来源）。

class Student{      int age;                    String name;            public Student (int Age, String Name)      {          this.age = Age;          setName (Name);      }      public void setName (String Name)      {          this.name = Name;      }  }public class Main  {      public static void main (String[] args) {              Student s;              s = new Student (23,"Jonh");   }  }

        上面这段代码运行的时候，首先调用 main 方法，里面需要生成一个 Student 的实例，于是又调用 Student 构造函数。在构造函数中，又调用到 setName 方法。

        这三次调用像积木一样堆起来，就叫做"调用栈"。程序运行的时候，总是先完成最上层的调用，然后将它的值返回到下一层调用，直至完成整个调用栈，返回最后的结果。

        含义三：内存区域

        stack 的第三种含义是存放数据的一种内存区域。程序运行的时候，需要内存空间存放数据。一般来说，系统会划分出两种不同的内存空间：一种叫做 stack（栈），另一种叫做 heap（堆）。

        它们的主要区别是：stack 是有结构的，每个区块按照一定次序存放，可以明确知道每个区块的大小；heap 是没有结构的，数据可以任意存放。因此，stack 的读取速度要比 heap 快。

        其他的区别还有，一般来说，每个线程分配一个 stack，每个进程分配一个 heap，也就是说，stack 是线程独占的，heap 是线程共用的。此外，stack 创建的时候，大小是确定的，数据超过这个大小，就发生 stack overflow 错误，而 heap 的大小是不确定的，需要的话可以不断增加。

        根据上面这些区别，数据存放的规则是：只要是局部的、占用空间确定的数据，一般都存放在 stack 里面，否则就放在 heap 里面。请看下面这段代码（来源）。

public void Method1(){      int i=4;              int y=2;              class1 cls1 = new class1();  }

        上面代码的 Method1 方法，共包含了三个变量：i, y 和 cls1。其中，i和y的值是整数，内存占用空间是确定的，而且是局部变量，只用在 Method1 区块之内，不会用于区块之外。cls1 是指针变量，指向一个对象的实例，指针变量占用的大小是确定的，但是对象实例以目前的信息无法确知所占用的内存空间大小。

        这三个变量和一个对象实例在内存中的存放方式如下。

        从上图可以看到，i、y和 cls1 都存放在 stack，因为它们占用内存空间都是确定的，而且本身也属于局部变量。但是，cls1 指向的对象实例存放在 heap，因为它的大小不确定。作为一条规则可以记住，所有的对象都存放在 heap。

        接下来的问题是，当 Method1 方法运行结束，会发生什么事？

        回答是整个 stack 被清空，i、y和 cls1 这三个变量消失，因为它们是局部变量，区块一旦运行结束，就没必要再存在了。而 heap 之中的那个对象实例继续存在，直到系统的垃圾清理机制（garbage collector）将这块内存回收。因此，一般来说，内存泄漏都发生在 heap，即某些内存空间不再被使用了，却因为种种原因，没有被系统回收。