本节书摘来自异步社区《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一书中的第1章，第1.7节，作者朱有鹏 , 张先凤，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.7　内存管理之栈（stack）

1.7.1　什么是栈

我们常常听人说堆栈，但大家一定要明确区分：堆就是堆，栈就是栈。我们平常说的堆栈一般是指栈。那栈的本质是什么？栈是一种数据结构，C语言中使用栈来保存局部变量（注意，下文中不强调的情况下，局部变量均指非静态局部变量）。栈是被发明出来管理内存的，是一种维护内存的机制，这就是栈的本质。

1.7.2　栈管理内存的特点（小内存、自动化）

栈的特点是入口即出口，只有一个口，另一个口是堵死的。所以先进去的后出来，也就是先进后出，而与栈特点相对的就是先进先出，也就是队列。队列的特点是入口和出口都有，必须从入口进去，从出口出来，所以先进去的必须先出来，否则就堵住后面的。

先进后出FILO   first in last out      栈
 先进先出FIFO   first in first out     队列

为了大家更形象地理解，我们给出两张图。栈就好比往一个容器里面放东西，只有一个口，先放进去的只能后来拿出，后来放进去的，可以最先拿出。而队列就好比一列火车或者排着队列的军队。走在最前面的也是最早通过隧道的，先进先出。

1.7.3　栈的应用举例：局部变量和函数调用

C语言中的局部变量是用栈来实现的。

我们在C语言中定义一个局部变量时（int a），编译器会在栈中分配一段空间（4字节）给这个局部变量用。分配时栈顶指针会移动出4个字节空间给局部变量a用的意思就是，将这4字节的栈内存的内存地址和我们定义的局部变量名a关联起来，对应的栈操作为入栈，就是将数据存入变量a中。需要注意的是，这里栈指针的移动和内存分配是自动完成的，不需要程序参与。

然后等我们函数退出的时候，局部变量就会被释放。对应的操作是弹栈（出栈）。出栈时也是栈顶指针移动，将栈空间中与a关联的那4个字节空间释放，这个动作也是自动的，不需要人为干预。所以我们在写代码的时候，一定不要从被调函数返回一个局部变量的地址给主调函数，因为在函数执行完后局部变量就释放了，这个地址里面的内容有可能被新的内容填充。这时如果你在主调函数里面使用它，就很有可能造成数据错误。

除了保存局部变量，栈对于函数调用来说也是至关重要的，栈保存着函数调用所需的所有维护信息。我们都知道，函数调用时，程序跳到被调函数内部，执行完后返回当前位置接着执行。这就好比你去一个陌生的地方探险，我们的目的是去寻求刺激，但是我们最后还是希望可以平安回家。在旅行前就必须做一些准备（如多带水、带指南针，等等）。我们的函数在调用时，跳到被调函数之前也是要做诸多准备的。对于函数来说，最起码它要找到回家的路，也就是被调函数的下一行代码的地址（为返回做准备），以及当前相关的局部变量值、寄存器的值等重要信息。之所以保存这些信息是怕在被调函数运行时，由于子函数会用到与主调函数一样的寄存器，而造成主调函数正在使用的寄存器数据破坏，在函数返回时，栈里面的数据弹出，即使寄存器被用过也没关系，弹出数据会使寄存器里面的值覆盖为调用以前，从而复原调用以前的现场。这些值保存在哪里呢？就保存在栈里。在函数调用时，将这些东西压入栈，在被调函数执行完，栈再弹出这些值。

以栈方式管理内存，好处是方便，分配和最后回收都不用程序员操心，C语言（背后的运行时系统）会自动完成。

分析一个细节：在C语言中，定义局部变量时如果未初始化，则值是随机的。为什么？

定义局部变量，其实就是在栈中通过移动栈指针，来给程序提供一个内存空间和这个局部变量名绑定。因为这段内存空间在栈上，而栈内存是反复使用的（脏的，上次用完没清零的），所以说使用栈来实现的局部变量定义时如果不初始化，里面的值就是一个垃圾值。由此我们扩展一下，其实不仅仅是局部变量，所有的变量在定义时只是在内存中分配一块空间，并没有对这块空间进行任何的初始化。如果这块内存以前被用过，里面的数据还在，那它对于我们来说是没有任何意义的垃圾值。而且有时候这些数据会对我们的编程造成错误。所以我们一定要初始化变量，也就是用新的、有用的数据覆盖掉以前的数据。可能你会有个问题，那些以前用过的内存经过操作系统回收后，为什么里面还有数据。其实操作系统仅仅是回收这些内存，告诉其他程序可以用了，但并不删除这些内存里面的数据。

C语言通过一个小手段来实现局部变量的初始化。

int a = 15;    // 局部变量定义时初始化

C语言编译器会自动把这行转成：

int a;         // 局部变量定义
  a = 15;        // 普通的赋值语句

1.7.4　栈的约束（预定栈大小不灵活，怕溢出）

首先，栈是有大小的。而且栈的大小是可以设置的，只是栈内存大小不好选择。如果太小怕溢出，太大怕浪费内存（这个缺点有点像数组）。

其次，栈的溢出危害很大，一定要避免。所以，在C语言中定义局部变量时不能定义太多或者太大（如不能定义局部变量时int a[10000]；使用递归来解决问题时一定要注意递归收敛）。