Stack und Heap

Kurz: Stack und Heap sind die beiden Speicherbereiche eines Programms: Der Stack verwaltet Funktionsaufrufe und lokale Variablen automatisch und schnell, der Heap dynamisch angeforderte Daten mit flexibler Lebensdauer.

Genauer: Beim Aufruf einer Funktion legt das Programm auf dem Stack einen Rahmen (Stack Frame) mit Parametern, lokalen Variablen und Rücksprungadresse an; beim Verlassen wird er automatisch entfernt. Daten, die länger leben sollen oder deren Größe erst zur Laufzeit feststeht, liegen auf dem Heap – dort verwaltet sie der Programmierer (C/C++) oder ein Garbage Collector.

Im Detail

	Stack	Heap
Verwaltung	automatisch (LIFO, siehe Stack-Datenstruktur)	manuell oder per Garbage Collector
Geschwindigkeit	sehr schnell	langsamer
Größe	klein (z. B. 1–8 MB)	groß (Arbeitsspeicher)
Lebensdauer	bis zum Ende der Funktion	bis zur Freigabe
Fehlerbild	Stack Overflow	Speicherlecks, Fragmentierung

void beispiel(void) {
    int a = 5;                         // Stack: verschwindet am Ende der Funktion
    int *b = malloc(sizeof(int));      // Heap: bleibt, bis free(b) aufgerufen wird
    *b = 7;
    free(b);
}

void methode() {
    int zahl = 5;                      // lokale Variable: Stack
    String s = new String("Text");     // Referenz auf dem Stack, Objekt auf dem Heap
}

Stack Overflow

Eine Funktion, die sich ohne Ende selbst aufruft (Rekursion ohne Abbruchbedingung), füllt den Stack, bis das Programm mit einem Stack Overflow abbricht.

def endlos(n):
    return endlos(n + 1)
 
endlos(0)    # RecursionError: maximum recursion depth exceeded

In höheren Sprachen

In Python, JavaScript oder Java liegen praktisch alle Objekte auf dem Heap; auf dem Stack liegen Referenzen und kleine Werte. In Rust und C++ entscheidet der Typ und die Schreibweise (Box, new). Compiler können Objekte per Escape-Analyse trotzdem auf den Stack legen.

Siehe auch: Stack, Zeiger, Garbage Collector, Speicherleck