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Go 的 Stack 與 Heap

從分配機制、生命週期、管理方式以及 Go 的逃逸分析來理解 Stack（棧）與 Heap（堆）的差異。

1. 核心概念與用途​

Stack（棧 / 堆棧）​

  • 用途：函數執行，現代電腦執行模型（基於「堆棧」）的基礎。
  • 內容：函數的局部變數、參數、返回值與調用時的上下文資訊。
  • 特性：分配與回收極快，隨函數調用與返回自動進行（LIFO，後進先出）。

Heap（堆）​

  • 用途：存放需跨越函數邊界、或體積較大的資料。
  • 內容：動態分配的物件。
  • 特性：分配彈性大，管理成本較高；在 Go 中由垃圾回收器 (GC) 回收。

2. 逃逸分析 (Escape Analysis)​

Go 與 C/C++ 的重要差異：在 C 中回傳局部變數的位址會造成懸空指標，在 Go 中則可合法使用，靠的是逃逸分析。

  • 機制：編譯器分析變數作用域；若函數內的局部變數在函數返回後仍被引用（例如回傳其位址），則判定該變數「逃逸」出棧。
  • 結果：逃逸的變數會被自動改放到 Heap，以保證函數返回後仍可使用。
  • 範例：
func sum(a, b int) *int {
    s := a + b
    return &s  // s 經逃逸分析後會分配到 Heap
}

3. 分配原語：new 與 make​

函數功能回傳存放位置
new(T)分配並置零 (zeroed)指向零值的指標 *TStack 或 Heap，依逃逸分析
make(T, args)建立 slice、map、channel已初始化的值 T（非指標）依逃逸分析
  • 為何需要 make：slice、map、channel 底層為引用型別，必須先初始化內部結構（指標、長度、容量等）才能使用，make 負責這份初始化。

4. Goroutine 的 Stack 管理​

  • 動態成長：Goroutine 的 Stack 初始很小（數 KB），隨需要自動擴展。
  • 與 Heap 的關係：Stack 空間不足時，執行時會在 Heap 上分配新區塊來擴展 Stack。

總結比較​

項目Stack（棧）Heap（堆）
主要用途函數調用、局部變數、參數傳遞動態分配、跨函數共享、大物件
生命週期隨函數調用建立，隨返回銷毀由 GC 管理，無引用時回收
分配速度極快（編譯期/指令）較慢（執行期尋找空間）
由誰決定變數未逃逸變數發生逃逸
常見寫法var i int 等一般宣告new、make、& 取址（是否上堆仍看逃逸）
Goroutine初始小、可動態成長Stack 成長時會使用 Heap 空間

一句話：Go 不需像 C 一樣手動管理 Heap（malloc/free），編譯器透過逃逸分析自動決定變數放在 Stack（求效能）或 Heap（保生存期）。