细谈Go变量的内存分布

我们程序中的变量大多被分配在内存的两个区域：statck和heap。

`stack`和`heap`

首先让我们一起来回顾一下进程的内存分配：
我们写的程序代码跑起来后，会是一个进程；OS会给我们的进程分配内存；内存结构大致如下：

OS给一个进程分配的内存空间大致可以分为：代码区、全局数据区、栈(stack)、堆(heap)、环境变量区域以及中间空白的缓冲区六个部分。其中，数据的增长路径除栈(stack)是由高到低之外，其余的均是由低到高(可看图中数据箭头)。

我们思考一下，为什么栈(stack)区这么特殊和其他区域路径相反？还有，进程内存中stack和heap和数据结构中的stack和heap名字都相同，是有什么联系吗？请带着问题往下看：

进程内存中的`stack`和`heap`

stack : 是由程序侧通过系统调用向操作系统申请的，由操作系统管理和释放，不需要程序员手动管理；一般用于存放线程和函数中产生的临时变量。这块区域的数据使用速度较快，不用手动管理，省心省力。

heap：是由程序侧通过系统调用向操作系统申请的，但是需要程序员自行管理的内存区域，因为此区域的定位是global variable，用于存放全局的变量(虽然很多编程语言中不这么利用)；程序员需要手动或者通过GC及时free或者delete此内存区域中的数据，但是也要注意：如果频繁的进行删除和添加，会导致内存碎片。

数据结构`stack`和`heap`

我们再来看看数据结构中的stack和heap；

stack

后进先出LIFO的数据结构。

Heap

堆的定义：

完全二叉树
每一个节点的值都必须大于等于（或小于等于）其子树中每个节点的值

根节点是最大数的叫做“大顶堆”，根节点是最小数的叫做“小顶堆”。

堆heap这种数据结构经常利用在“如何快速定位并获取到Top N最热门的xxx”，通常的做法如下图：

内存中的”`stack`和`heap`“与数据结构中的”`stack`和`heap`“的联系

一句话总结：进程内存中的栈区(stack)使用的数据结构就是stack，内存中的heap和数据结构中的heap则毫无关系。

看如下C代码：

int main() {
   int a = 3; 
   int b = 5;
   ret = add(a, b);
   printf("%d", ret);
   reuturn 0;
}

int add(int x, int y) {
   int sum = 0;
   sum = x + y;
   return sum;
}

以上代码在栈区中的数据是这样的：

还及得上文中提到的：“进程内存中只有栈区(stack)数据是由高位向低位增长的，其余的均为由低位向高位增长吗？”

栈区用的数据结构是栈，函数变量的销毁和返回顺序用逆恰好符合stack先进后出的特点，我觉得这是栈区(stack)逆序增长很重要的一点。

但是，最根本的原因还是在于：历史遗留问题。请看下图：

在当初那个内存空间及其短缺的年代，你认为左图还是右图更适合“缓冲区”？因为stack区域和heap区域大小都是动态分配的，都有“不确定性”，很显然，左图发生堆栈重叠更小，且更适合内存的充分利用。

Go变量的位置

我们在写C、PHP、Java的时候，可以很容易的知道，所写的变量所在的位置：带new、malloc等字段的，那一定是在堆上分配了，至于后续GC怎么处理，有没有引用继续关联，堆有没与释放，程序是否存在内存泄露…这都是后续处理的问题了；变量的存储位置是妥妥的堆上了。但是，在用Go的时候要注意，new、make等等关键字都不好使，Go变量的位置不是由写程序的程序员来决定的，而是Go自行处理；所以可能你的变量是new出来的，但是，最终也不一定分配到堆上，很可能是分配在栈上。

Go把变量的位置在哪儿这件事对程序员“隐藏”了，Go自行处理；因为Go认为：变量的存储位置，会对程序的性能有一定影响，而Go是计划打造对性能有极致要求的程序，因而自己管了。
Go是这么管的：
首先，栈stack上的效率肯定是比堆要高的，这算是常识；Go在编译期会对每一个函数变量做判断，如果不能够判断此函数中的变量在返回之后是否仍被引用到，就给把变量扔堆heap上，否则，就扔栈stack上。但是注意：如果变量非常大，还是会扔到堆heap上。

逃逸分析

我们是否有办法知道我们写的Go程序中变量的位置呢？
答案是有的，Go向开发者提供了变量逃逸分析的工具

1	go build -gcflags '-m -l' main.go // 这里的main.go也可以是某个具体的二进制应用程序

下面对如下代码进行逃逸分析：

import (
    "fmt"
)

func main(){
    a:= 3
    b := 5
    ret := add(a, b)
    fmt.Println(ret)
}

func add(x,y int)int {
    sum := x + y
    return sum
}

分析结果:

1 2	./main.go:11:16: main ... argument does not escape ./main.go:11:16: ret escapes to heap

细谈Go变量的内存分布

stack和heap

进程内存中的stack和heap

数据结构stack和heap

内存中的”stack和heap“与数据结构中的”stack和heap“的联系