堆疊，堆積，指針介紹
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先決條件
閱讀本節的先決條件是對值，資料型別，變數等概念有所掌握，你可以檢視值，資料型別介紹，變數，常數介紹，變數與常數的區別兩節來了解他們。
請註意，本節講述的並非資料結構中的堆疊和堆積。
簡介
堆疊（Stack）和堆積（Heap）是兩種不同的儲存空間分配方案，其執行機製在不同的作業系統和語言執行環境中有所不同。
堆疊
堆疊（Stack）是一種高效連續的資料儲存空間分配方案，資料個體之間緊密相連，當每個資料個體的大小和排列順序已知時，將可以算出所有個體在堆疊中的相對位址。在程式的執行過程中，根據堆疊的實際位址和資料個體的相對位址，存取資料將是簡便快捷的。
除了上述特征，堆疊還遵循後進先出的原則，即最後進堆疊的資料會最先出堆疊，這種設計有利於巢狀呼叫的場景，當一個新的場景開始時，他需要的資料會進堆疊，當新場景結束時，他需要的資料會出堆疊，這相當於還原了上一個場景所需的資料，如果上一個場景存在的話。
堆疊和變數
堆疊是一個底層概念，與程式碼中書寫的變數沒有直接關聯，但變數對應的值是應該儲存在堆疊中的，以獲得較高的存取速度，要完成這一目標，值或者值的資料型別所占用的儲存空間大小應該是已知和確定的，這是非常重要的一點。
占用的儲存空間大小不確定
並非所有儲存空間大小都是可以確定的，原因可能是以下兩種，變數能夠接受的值的實際資料型別不確定，比如，某一個變數的型別宣告為類別Plant，但其被賦予的值卻可能是類別Tree或類別Flower的執行個體，或者，變數的型別本身占用的空間不確定，比如，變數的型別是長度隨時可變的陣列。
對於空間大小的不確定性，堆疊是難於處理的，比如，變數被賦予了比之前占用更多空間的新值，如何拓展空間來儲存該新值？無論采取什麽方案，有兩種結果是極可能出現的，需要移動堆疊內的部分資料，導致寫入變數的效率降低，一個資料的儲存空間被分為多塊，導致讀取變數的效率降低。這些情況並不符合堆疊的設計初衷，他們應該使用另一套方案，那就是堆積。
堆疊和函式
基於後進先出的特征，函式與堆疊是契合的，當出現一個新的函式呼叫時，堆疊會為該函式分配空間以讀取及寫入相關資料，這些資料可能是參數的值，區域變數的值，或傳回值。當函式結束時，堆疊會清除之前分配的空間，並還原函式被呼叫前的狀況，以讓函式呼叫方恢復執行。
堆疊和執行緒
每一個執行緒都維護了自己的堆疊，並且不與其他執行緒共用，因為你不能接受一個執行緒正在使用堆疊中的資料，而另一個執行緒卻要求資料進堆疊或出堆疊，當所有執行緒共用同一個堆疊時，這會是經常性的問題。
堆積
堆積（Heap）是一種非連續的資料儲存空間分配方案，每個資料個體不必是緊密相連的，他們之間可能存在一些閑置空間。因此，對於分配新的空間，堆積的效率不及堆疊。
堆積片段
當堆積中的資料被清除後，其對應的儲存空間將處於閑置狀態，並可用於新的分配要求，如果其大小小於要求所需的大小，那麽這些閑置空間可能會一直處於閑置狀態，成為堆積中的片段，無法被利用。
也許你已經想到了，通過簡單的合併相鄰的閑置空間，堆積片段的問題會得到緩解，但這一般不會涉及移動堆積內的資料，因為會付出較大成本並具有一定風險，當資料的位置改變後，你需要保證該資料的使用方依然可以正確存取他，這樣的做法雖然在理論上可行，但現實依然要考慮效率和空間之間的平衡。
堆積和參考
鑒於堆積的空間分配方式，堆積中資料的位址是無法被預知的，當某個資料對應的空間被分配後，該空間的位址或存取權杖應該被保留，以便再次存取，這些位址或存取權杖即是對堆積資料的參考。
對於變數來說，如果他的值被存放堆積中，那麽對應的參考應該存放在堆疊中，他是一個可以想到且合理的位置。讀取該變數的過程將是，首先取得其在堆疊中對應的資料，也就是一個參考，然後使用參考取得堆積中的資料，也就是變數希望表示的實際值。
什麽是指針？
指針（Pointer）是一種簡單但並非唯一的參考實作，也由於他的簡單，並沒有太多規則來約束其行為，一些錯誤的使用可能導致程式或系統當機，指針存取了不應該存取的資料。這裏有兩個與指針有關的概念，取值和取址。取值是指取得指針對應的實際值，取址是指根據實際值產生一個對應的指針。
什麽是實值型別和參考型別？
如果某種資料型別的值應該儲存在堆疊中，那麽該資料型別為實值型別，如果值應該儲存在堆積中，則該資料型別為參考型別。實值型別變數在堆疊中對應的資料是實際值，參考型別變數在堆疊中對應的資料是實際值的參考。
什麽是傳值和傳址？
傳值是一種預設行為，他將變數在堆疊中的資料賦予另一個變數，作為其堆疊中的資料，無論這些資料是實際值還是參考。需要指出，傳值中的“值”一詞不應理解為實際值，雖然他有可能是。
傳址類似於別名，變數們看上去好像共用了堆疊中的同一個儲存空間，不過，不要認為這樣的事情一定是現實，作為別名的變數可能在自己的堆疊儲存空間中存放了一個位址，以指向堆疊中的另一個儲存空間，也許在具體實作上存在不同，但最終效果是讀取及寫入任意一個變數，其余的變數均會受到影響。
在下面的 C# 程式碼中，將變數num1以傳址的方式指派給變數num2，然後將num2指派為200，最後的輸出結果顯示變數num1的值也是200。
int num1 = 100;
// 以傳址的方式，將 num1 指派給 num2
ref int num2 = ref num1;
// 對 num2 指派，等同於對 num1 指派
num2 = 200;
Console.WriteLine($"num1={num1}");num1=200堆積和行程
與堆疊不同，堆積通常在行程中維護，並在所有的執行緒中共用。
堆積記憶體回收
通過維護資料的參考計數，可以知道堆積中的某個資料有多少參考，這些參考可能來自同一個或不同的執行緒。至於參考計數為零的資料，將被記憶體回收機製以某種策略清理，由於記憶體回收可能是不定時的，不再被使用的資料有機會存活更長的時間。
裝箱，取消裝箱
裝箱是指將堆疊中儲存的值，轉換為一個等價的儲存在堆積中的值。取消裝箱則是指將堆積中儲存的值，轉換為一個等價的儲存在堆疊中的值。
為何有裝箱和取消裝箱？
對於將所有資料型別都視為類別的語言，如果完全依照類別的特點，那麽所有的變數都不能是實值型別變數，因為在變數宣告為某種型別後，其儲存的實際值卻可能是另外的某種型別，這導致堆疊無法確定應該為變數分配多大的儲存空間。
這本身是一個矛盾的問題，既希望將所有資料型別都視為類別，又希望將某些值存放在堆疊中，要實作這一目標，某些資料型別所需的儲存空間必須是確定的，變數在宣告為這些資料型別後，其接受的實際值也只能是這些資料型別，比如，.NET 中的System.Int32。
以上的這些情況，導致某些實值型別變數和參考型別變數的相互指派，是被允許且看上去正常的，因為他們衍生自同一個類別。如果這種指派真的發生，那麽必然需要堆疊與堆積中的值的等價轉換操作。
當然，我們不能將裝箱和取消裝箱的原因都歸於類別，因為每種語言都可以有自己的規則。
在下面的 C# 程式碼中，num是實值型別變數，將其指派給參考型別變數something需要裝箱，將something指派給實值型別變數age需要取消裝箱。
// num 是實值型別變數
int num = 123;
// something 是參考型別變數，因此需要裝箱
object something = num;
// age 是實值型別變數，因此需要取消裝箱
int age = (int)something;