Sự Khác Nhau Giữa Bộ Nhớ Heap Và Bộ Nhớ Stack Trong Lập Trình

Như chúng ta đã biết thì việc Quản lý bộ nhớ đối với một lập trình viên là rất quan trọng.

Mục đích quan trọng của việc quản lý bộ nhớ là cung cấp những cách thức để cấp phát động các ô nhớ cho chương trình khi được yêu cầu và giải phóng các ô nhớ đó khi không cần dùng nữa. Đây là việc rất quan trọng đối với bất kỳ hệ thống máy tính cao cấp nào vì sẽ có nhiều công việc được tiến hành ở mọi thời điểm.

Nhiều phương pháp đã được tìm ra để gia tăng hiệu quả của việc quản lý bộ nhớ. Những hệ thống bộ nhớ ảo giúp tách những địa chỉ ô nhớ đang được dùng ra khỏi những địa chỉ thực, từ đó cho phép chia sẻ công việc và gia tăng lượng RAM một cách hiệu quả nhờ đánh dấu địa chỉ hoặc chuyển đến vùng lưu trữ thứ hai. Chất lượng của việc quản lý bộ nhớ ảo có thể có tác dụng lớn đến hiệu năng làm việc của hệ thống nói chung.

Bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack bản chất đều cùng là vùng nhớ được tạo ra và lưu trữ trong RAM khi chương trình được thực thi.

Bộ nhớ Stack được dùng để lưu trữ các biến cục bộ trong hàm, tham số truyền vào… Truy cập vào bộ nhớ này rất nhanh và được thực thi khi chương trình được biên dịch.

Bộ nhớ Heap được dùng để lưu trữ vùng nhớ cho những biến con trỏ được cấp phát động bởi các hàm malloc – calloc – realloc (trong C) hoặc từ khóa new (trong c++, c#, java,…).

Ví dụ trong ngôn ngữ lập trình C++:

Ngoài ra, còn rất nhiều trọng điểm để so sánh sự khác nhau giữa bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack như :

Kích thước vùng nhớ Stack: kích thước của bộ nhớ Stack là cố định, tùy thuộc vào từng hệ điều hành, ví dụ hệ điều hành Windows là 1 MB, hệ điều hành Linux là 8 MB (lưu ý là con số có thể khác tùy thuộc vào kiến trúc hệ điều hành của bạn). Heap: kích thước của bộ nhớ Heap là không cố định, có thể tăng giảm do đó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ dữ liệu của chương trình.

Đặc điểm vùng nhớ Stack: vùng nhớ Stack được quản lý bởi hệ điều hành, dữ liệu được lưu trong Stack sẽ tự động hủy khi hàm thực hiện xong công việc của mình. Heap: Vùng nhớ Heap được quản lý bởi lập trình viên (trong C hoặc C++), dữ liệu trong Heap sẽ không bị hủy khi hàm thực hiện xong, điều đó có nghĩa bạn phải tự tay hủy vùng nhớ bằng câu lệnh free (trong C), và delete hoặc delete [] (trong C++), nếu không sẽ xảy ra hiện tượng rò rỉ bộ nhớ. Ở các ngôn ngữ lập trình bậc cao như .NET, Java, … đã có chế dọn rác tự động (Garbage Collection), bạn không cần phải tự tay hủy vùng nhớ Heap nữa.

Lưu ý: việc tự động dọn vùng nhớ còn tùy thuộc vào trình biên dịch trung gian.

Bạn sử dụng Stack nếu bạn biết chính xác lượng dữ liệu mà bạn phân bổ trước khi biên dịch và dữ liệu không quá lớn. Ngược lại, bạn nên sử dụng Heap…

Note: Trong các ứng dụng đa luồng chạy song song (multithreading), mỗi luồng xử lý (thread) sẽ có vùng nhớ Stack riêng của nó, trong khi tất cả các luồng cùng chia sẻ một vùng nhớ Heap. Sử dụng chung vùng nhớ Heap đồng nghĩa với việc phải đồng bộ hóa để tránh tình trạng xảy ra mâu thuẫn giữa các luồng, cho nên cấp phát vùng nhớ Heap phải cài đặt thêm một số cơ chế do đó thực hiện lâu hơn so với cấp phát vùng nhớ Stack. Cấp phát và hủy vùng nhớ Heap liên tục có thể xảy ra tình trạng phân mảnh bộ nhớ, từ phân mảnh bộ nhớ có thể dẫn đến lỗi cấp phát bộ nhớ thất bại như những mô tả ở trên.

All Rights Reserved

Sự Khác Nhau Giữa Bộ Nhớ Heap Và Bộ Nhớ Stack Trong Lập Trình Là Gì?

Bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack bản chất đều cùng là vùng nhớ được tạo ra và lưu trữ trong RAM khi chương trình được thực thi. Sự khác biệt cơ bản nhất giữa hai loại bộ nhớ này đó là bộ nhớ Stack được dùng để lưu trữ các biến cục bộ trong hàm, tham số truyền vào hàm, địa chỉ trả về của hàm trong khi bộ nhớ Heap được dùng để lưu trữ vùng nhớ cho các biến con trỏ được cấp phát động bởi các hàm malloc - calloc - realloc (trong C) hoặc từ khóa new (trong C++, Java,…).

Ví dụ trong ngôn ngữ lập trình C++:

Ngoài ra, còn rất nhiều trọng điểm để so sánh sự khác nhau giữa bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack như:

Kích thước vùng nhớ

Kích thước của bộ nhớ Stack là cố định, tùy thuộc vào từng hệ điều hành, ví dụ hệ điều hành Windows là 1 MB, hệ điều hành Linux là 8 MB (lưu ý là con số có thể khác tùy thuộc vào kiến trúc hệ điều hành của bạn).

Kích thước của bộ nhớ Heap là không cố định, có thể tăng giảm do đó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ dữ liệu của chương trình.

Đặc điểm vùng nhớ.

Vùng nhớ Stack được quản lý bởi hệ điều hành, dữ liệu được lưu trong Stack sẽ tự động hủy khi hàm thực hiện xong công việc của mình.

Vùng nhớ Heap được quản lý bởi lập trình viên (trong C hoặc C++), dữ liệu trong Heap sẽ không bị hủy khi hàm thực hiện xong, điều đó có nghĩa bạn phải tự tay hủy vùng nhớ bằng câu lệnh free (trong C), và delete hoặc delete [] (trong C++), nếu không sẽ xảy ra hiện tượng rò rỉ bộ nhớ. Ở các ngôn ngữ lập trình bậc cao như .NET, Java, … đã có chế dọn rác tự động (Garbage Collection), bạn không cần phải tự tay hủy vùng nhớ Heap nữa.

Vấn đề lỗi xảy ra đối với vùng nhớ:

Bởi vì bộ nhớ Stack cố định nên nếu chương trình bạn sử dụng quá nhiều bộ nhớ vượt quá khả năng lưu trữ của Stack chắc chắn sẽ xảy ra tình trạng tràn bộ nhớ Stack (Stack overflow), các trường hợp xảy ra như bạn khởi tạo quá nhiều biến cục bộ, hàm đệ quy vô hạn,…

Ví dụ về tràn bộ nhớ Stack với hàm đệ quy vô hạn:

int foo(int x){ printf("De quy khong gioi hann"); return foo(x); }

Nếu bạn liên tục cấp phát vùng nhớ mà không giải phóng thì sẽ bị lỗi tràn vùng nhớ Heap (Heap overflow).

Nếu bạn khởi tạo một vùng nhớ quá lớn mà vùng nhớ Heap không thể lưu trữ một lần được sẽ bị lỗi khởi tạo vùng nhớ Heap thất bại.

Ví dụ trường hợp khởi tạo vùng nhớ Heap quá lớn:

int *A = (int *)malloc(18446744073709551615);

Khi nào nên sử dụng bộ nhớ Stack và bộ nhớ Heap

Khi bạn không biết chính xác cần bao nhiêu vùng nhớ là đủ để lưu trữ dữ liệu trong khi chương trình đang chạy thì dùng bộ nhớ Heap (ví dụ điển hình là cấp phát động của mảng), còn lại thì sử dụng bộ nhớ Stack.

Hoặc khi dữ liệu quá lớn vượt quá khả năng của Stack thì bạn nên dùng Heap.

Sự Khác Nhau Giữa Bộ Nhớ Heap Và Bộ Nhớ Stack Trong Lập Trình Là Gì? 2024

Bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack bản chất đều cùng là vùng nhớ được tạo ra và lưu trữ trong RAM khi chương trình được thực thi. Sự khác biệt cơ bản nhất giữa hai loại bộ nhớ này đó là bộ nhớ Stack được dùng để lưu trữ các biến cục bộ trong hàm, tham số truyền vào hàm, địa chỉ trả về của hàm trong khi bộ nhớ Heap được dùng để lưu trữ vùng nhớ cho các biến con trỏ được cấp phát động bởi các hàm malloc - calloc - realloc (trong C) hoặc từ khóa new (trong C++, Java,…).

Ví dụ trong ngôn ngữ lập trình C++:

Ngoài ra, còn rất nhiều trọng điểm để so sánh sự khác nhau giữa bộ nhớ Heap và bộ nhớ Stack như:

Kích thước vùng nhớ

Kích thước của bộ nhớ Stack là cố định, tùy thuộc vào từng hệ điều hành, ví dụ hệ điều hành Windows là 1 MB, hệ điều hành Linux là 8 MB (lưu ý là con số có thể khác tùy thuộc vào kiến trúc hệ điều hành của bạn).

Kích thước của bộ nhớ Heap là không cố định, có thể tăng giảm do đó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ dữ liệu của chương trình.

Đặc điểm vùng nhớ.

Vùng nhớ Stack được quản lý bởi hệ điều hành, dữ liệu được lưu trong Stack sẽ tự động hủy khi hàm thực hiện xong công việc của mình.

Vùng nhớ Heap được quản lý bởi lập trình viên (trong C hoặc C++), dữ liệu trong Heap sẽ không bị hủy khi hàm thực hiện xong, điều đó có nghĩa bạn phải tự tay hủy vùng nhớ bằng câu lệnh free (trong C), và delete hoặc delete [] (trong C++), nếu không sẽ xảy ra hiện tượng rò rỉ bộ nhớ. Ở các ngôn ngữ lập trình bậc cao như .NET, Java, … đã có chế dọn rác tự động (Garbage Collection), bạn không cần phải tự tay hủy vùng nhớ Heap nữa.

Vấn đề lỗi xảy ra đối với vùng nhớ:

Bởi vì bộ nhớ Stack cố định nên nếu chương trình bạn sử dụng quá nhiều bộ nhớ vượt quá khả năng lưu trữ của Stack chắc chắn sẽ xảy ra tình trạng tràn bộ nhớ Stack (Stack overflow), các trường hợp xảy ra như bạn khởi tạo quá nhiều biến cục bộ, hàm đệ quy vô hạn,…

Ví dụ về tràn bộ nhớ Stack với hàm đệ quy vô hạn:

Nếu bạn liên tục cấp phát vùng nhớ mà không giải phóng thì sẽ bị lỗi tràn vùng nhớ Heap (Heap overflow).

Nếu bạn khởi tạo một vùng nhớ quá lớn mà vùng nhớ Heap không thể lưu trữ một lần được sẽ bị lỗi khởi tạo vùng nhớ Heap thất bại.

Ví dụ trường hợp khởi tạo vùng nhớ Heap quá lớn:

Khi nào nên sử dụng bộ nhớ Stack và bộ nhớ Heap

Khi bạn không biết chính xác cần bao nhiêu vùng nhớ là đủ để lưu trữ dữ liệu trong khi chương trình đang chạy thì dùng bộ nhớ Heap (ví dụ điển hình là cấp phát động của mảng), còn lại thì sử dụng bộ nhớ Stack.

Hoặc khi dữ liệu quá lớn vượt quá khả năng của Stack thì bạn nên dùng Heap.

Sự Khác Nhau Giữa Bộ Nhớ Stack Và Heap?

Stack Heap

Vùng nhớ được cấp phát khi chương trình được biên dịch.

Vùng nhớ được cấp phát khi chạy chương trình (run-time).

Vùng nhớ stack được sử dụng cho việc thực thi thread. Khi gọi hàm, các biến cục bộ của hàm được lưu trữ vào block của stack (theo kiểu LIFO). Cho đến khi hàm trả về giá trị, block này sẽ được xóa tự động. Hay nói cách khác, các biến cục bộ được lưu trữ ở vùng nhớ stack và tự động được giải phóng khi kết thúc hàm.

Vùng nhớ heap được dùng cho cấp phát bộ nhớ động (malloc( ), new( )). Vùng nhớ được cấp phát tồn tại đến khi lập trình viên giải phóng vùng nhớ bằng lệnh free( ) hoặc delete.

Kích thước vùng nhớ stack được fix cố định. Chúng ta không thể tăng hoặc giảm kích thước vùng nhớ stack. Nếu không đủ vùng nhớ stack, gây ra stack overflow. Hiện tượng này xảy ra khi nhiều hàm lồng nhau hoặc đệ quy nhiều lần dẫn đến không đủ vùng nhớ.

Khi kích thước vùng nhớ heap không đủ cho yêu cầu malloc( ), new. Hệ điều hành sẽ có cơ chế tăng kích thước vùng nhớ heap.

Ví dụ: Minh họa stack được sử dụng khi gọi hàm

int MAX(int, int); void main( void ) { int a = 5, b = 7; int max = MAX(a, b); printf("nMAX(%d, %d) = %d", a, b, max); getch(); } int MAX(int a, int b) { }

Giải thích:

Các bạn nhìn Call Stack sẽ thấy hàm main( ) gọi hàm MAX( ). Hàm main( ) và MAX( ) được lưu theo quy tắc (LIFO: last in – first out). Khi kết thúc hàm MAX( ), các thông tin lưu trữ hàm MAX( ) bị xóa, stack chỉ lưu trữ thông tin của hàm main( ). Tương tự như vậy, khi kết thúc hàm main( ), stack được xóa hoàn toàn.

So Sánh Bộ Nhớ Trong Và Bộ Nhớ Ngoài, Về Dung Lượng Và Tốc Độ Xử Lý ?

Chủ yếu có hai loại bộ nhớ trong máy tính – Bộ nhớ trong và Bộ nhớ ngoài . Mục đích của bộ nhớ là lưu trữ các hoạt động lập trình, dữ liệu và tập hợp các hướng dẫn để chạy một hệ điều hành.

Hơn nữa, bộ nhớ cũng hữu ích trong việc lưu trữ các tệp tạm thời và tạm thời bên trong máy tính. Các tệp này có thể truy cập được bởi hệ điều hành và khi có nhu cầu.

Bộ nhớ trong là gì?

Ngoài ra, nó không phải là di động, có nghĩa là nó không thể được tách ra khỏi máy tính. Hơn nữa, bộ nhớ này có thể truy cập trực tiếp bởi CPU cho một tập hợp các hướng dẫn và chương trình.

Ví dụ: RAM là một loại bộ nhớ trong lưu trữ các hướng dẫn và chương trình của ứng dụng hiện có.

Các loại bộ nhớ trong

RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên)

RAM (bộ nhớ trong) là một loại lưu trữ dễ bay hơi lưu trữ thông tin tạm thời để truy cập nhanh hơn. Ngoài ra, RAM lưu các tệp tạm thời của các chương trình và ứng dụng đang mở trên máy tính.

ROM là bộ nhớ chỉ đọc và một khi dữ liệu được nhập vào, nó không thể thay đổi. Dữ liệu được ghi vào ROM khi sản xuất. Ngoài ra, nếu bất kỳ bit đơn lẻ nào được nhập sai, toàn bộ ROM sẽ trở nên vô dụng.

Bộ nhớ cache rất hữu ích để lưu trữ thông tin tạm thời đã được bộ đệm truy cập. Ngoài ra, nó giúp giảm bớt công việc của bộ xử lý bằng cách tăng tốc truy cập dữ liệu trên máy tính.

Bộ nhớ ngoài là gì?

Hơn nữa, bộ nhớ ngoài cũng có thể mang theo được, có nghĩa là nó có thể tháo rời và có thể được sử dụng trong các máy tính khác. Phương pháp lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ ngoài khác với phương pháp của bộ nhớ trong.

Ví dụ:

băng từ, ổ đĩa quang, đĩa cứng, v.v … có dung lượng lưu trữ cao để lưu trữ một lượng lớn dữ liệu.

Các loại bộ nhớ ngoài So sánh Bộ nhớ trong và Bộ nhớ ngoài

Bộ nhớ trong là bộ nhớ của máy tính thường được tích hợp bên trong máy tính. Một máy tính bao gồm các mô-đun RAM và ROM bên trong nó được coi là bộ nhớ trong.

Bộ nhớ ngoài là một thiết bị bộ nhớ có thể được kết nối bên ngoài với máy tính. Ví dụ như ổ đĩa flash USB, CD-ROM, DVD, vv . Đây là những thiết bị ROM.

Bộ nhớ trong có dung lượng bộ nhớ hữu hạn , trong khi bộ nhớ ngoài có thể dễ dàng tăng lên khi có thêm thiết bị lưu trữ.

Bộ nhớ trong, một khi đã kết nối với máy tính thường không thể dễ dàng gỡ bỏ , tuy nhiên các thiết bị bộ nhớ ngoài có thể được gỡ bỏ khỏi một máy tính và dễ dàng kết nối với máy tính khác .

Sự khác biệt giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài