C++：在堆上创建对象，还是在栈上？

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这篇文章来自于一次讨论：https://www.devbean.net/2013/01/qt-study-road-2-model-view/#comment-17532。关于究竟是在堆上还是在栈上创建对象，可能很多初学者感到迷惑。我想可以把这部分内容拿出来详细介绍一下。现在，假设你已经清楚什么是堆，什么是栈。

如果需要在堆上创建对象，要么使用new运算符，要么使用malloc系列函数。这点没有异议。

真正有异议的是下面的代码：

Object obj;

此时，obj是在栈上分配的吗？

要回答这个问题，我们首先要理解这个语句是什么意思。这个语句就是代表着，在栈上创建对象吗？

其实，这行语句的含义是，使对象obj具有“自动存储（automatic storage）”的性质。所谓“自动存储”，意思是这个对象的存储位置取决于其声明所在的上下文。

如果这个语句出现在函数内部，那么它就在栈上创建对象。

如果这个语句不是在函数内部，而是作为一个类的成员变量，则取决于这个类的对象是如何分配的。考虑下面的代码：

class Class
{
    Object obj;
};

Class *pClass = new Class;

指针pClass所指向的对象在堆上分配空间。因为Object obj;语句的含义是“自动存储”，所以，pClass->obj也是在堆上创建的。

理解了这一点，再来看下面的语句：

Object *pObj;
pObj = new Object;

Object *pObj;代表，指针pObj是自动存储的，仅此而已，没有任何其它含义。而下面一行语句则指出，这个指针所指向的对象是在堆上面分配的。如果这两行语句出现在一个函数内部，意味着当函数结束时，pObj会被销毁，但是它指向的对象不会。因此，为了继续使用这个对象，通常我们会在函数最后添加一个return语句，或者使用一个传出参数。否则的话，这个在堆上创建的对象就没有指针指向它，也就是说，这个对象造成了内存泄露。

并不是说指针指向的对象都是在堆上创建的。下面的代码则使用指针指向一个在栈上创建的对象：

Object obj;
Object *pObj = &obj;

至此，我们解释了函数内部的变量和成员变量。还有两类变量：全局变量和static变量。它们即不在堆上创建，也不在栈上创建。它们有自己的内存空间，是除堆和栈以外的数据区。也就是说，当Object obj即不在函数内部，又不是类的成员变量时，这个对象会在全局数据段创建，同理适用于static变量。对于指针Object *pObj;，如果这个语句出现在函数内部或类的成员变量，正如我们前面所说的，这个指针是自动存储的。但是，如果这个语句是在类的外部，它就是在全局数据段创建的。虽然它指向的对象可能在堆上创建，也可能在栈上创建。

堆和栈的区别在于两点：

1. 生命周期
2. 性能

第一点才是我们需要着重考虑的。由于栈的特性，如果你需要一个具有比其所在的上下文更长的生命周期的变量，只能在堆上创建它。所以，我们的推荐是：只要能在栈上创建对象，就在栈上创建；否则的话，如果你不得不需要更长的生命周期，只能选择堆上创建。这是由于在栈上的对象不需要我们手动管理内存。有经验的开发人员都会对内存管理感到头疼，我们就是要避免这种情况的发生。总的来说，我们更多推荐选择在栈上创建对象。

但是，有些情况，即便你在栈上创建了对象，它还是会占用堆的空间。考虑如下代码：

void func
{
    std::vector v;
}

对象v是在栈上创建的。但是，STL 的vector类其实是在堆上面存储数据的（这点可以查看源代码）。因此，只有对象v本身是在栈上的，它所管理的数据（这些数据大多数时候都会远大于其本身的大小）还是保存在堆上。

关于第二点性能，有影响，不过一般可以忽略不计。确切的说，一般情况下你不需要考虑性能问题，除非它真的是一个问题。

首先，在堆上创建对象需要追踪内存的可用区域。这个算法是由操作系统提供，通常不会是常量时间的。当内存出现大量碎片，或者几乎用到 100% 内存时，这个过程会变得更久。与此相比，栈分配是常量时间的。其次，栈的大小是固定的，并且远小于堆的大小。所以，如果你需要分配很大的对象，或者很多很多小对象，一般而言，堆是更好的选择。如果你分配的对象大小超出栈的大小，通常会抛出一个异常。尽管很罕见，但是有时候也的确会发生。有关性能方面的问题，更多出现在嵌入式开发中：频繁地分配、释放内存可能造成碎片问题。

现代操作系统中，堆和栈都可以映射到虚拟内存中。在 32 位 Linux，我们可以把一个 2G 的数据放入堆中，而在 Mac OS 中，栈可能会限制为 65M。

总的来说，关于究竟在堆上，还是在栈上创建对象，首要考虑你所需要的生命周期。当性能真正成为瓶颈的时候，才去考虑性能的问题。堆和栈是提供给开发者的两个不同的工具，不存在一个放之四海而皆准的规则告诉你，一个对象必须放在堆中还是在栈中。选择权在开发者手中，决定权在开发者的经验中。