Odpowiedź.

Historia pytania:

Pamięć stosu występuje we wszystkich głównych architekturach. W języku C zmienne automatyczne (lokalne) są umieszczane na stosie, co zapewnia dużą szybkość przydzielania i zwalniania pamięci w porównaniu do dynamicznego sterty.

Problem:

Użycie stosu jest ograniczone pod względem rozmiaru, zmienne automatyczne są automatycznie niszczone po wyjściu z bloku, a przekroczenie granic stosu (stack overflow) prowadzi do awaryjnego zakończenia programu lub uszkodzenia danych.

Rozwiązanie:

Lokalne zmienne zadeklarowane wewnątrz funkcji bez specjalnego modyfikatora są umieszczane na stosie. Ta przestrzeń automatycznego przechowywania jest tworzona przy wejściu do funkcji i niszczona po wyjściu. Rozmiar stosu jest ograniczony i można go zmieniać jedynie za pomocą opcji linkera/systemu.

Przykład kodu:

#include <stdio.h>

void foo() {
    int arr[100]; // umieszczone na stosie
    for (int i = 0; i < 100; ++i) arr[i] = i;
    printf("Pierwszy element: %d\n", arr[0]);
} // arr jest niszczone po wyjściu z foo

Kluczowe cechy:

Praca z zmiennymi na stosie jest bardzo szybka i nie wymaga jawnego zwalniania.
Rozmiar stosu jest ograniczony — próba umieszczenia dużych obiektów prowadzi do awarii.
Odwołanie się do lokalnych zmiennych poza ich zakresem widoczności jest poważnym błędem.

Pytania z podstępem.

Czy można zwrócić lokalną zmienną z funkcji przez adres?

Nie, ponieważ zmienna jest niszczona po wyjściu z funkcji, a uzyskany "wiszący wskaźnik" prowadzi do nieokreślonego zachowania.

int* bad() {
    int x = 42;
    return &x; // błąd: zwrócony wskaźnik wskazuje na zwolniony stos
}

Czy można umieścić dużą tablicę (np. 1 MB) na stosie?

Dla większości systemów stos jest ograniczony (od dziesiątek do setek KB). Próbując zadeklarować ogromne tablice na stosie, doprowadzi to do stack overflow.

Jaka jest różnica między zmiennymi static a automatycznymi przy alokacji?

Zmiennie static (nawet w funkcji) są umieszczane w statycznym obszarze pamięci, nie są czyszczone między wywołaniami, podczas gdy zmienne automatyczne są umieszczane na stosie i są niszczone po wyjściu z bloku.

Typowe błędy i antywzorce

Zwracanie adresu lokalnej zmiennej z funkcji.
Deklarowanie dużego obiektu na stosie bez sprawdzenia rozmiaru.
Używanie niezsynchronizowanych zmiennych automatycznych.

Przykład z życia

Negatywny przypadek

W funkcji do obliczeń przydzielano tablicę 8192*1024 double na stosie. Program otrzymywał SIGSEGV przy uruchomieniu w Linuxie, chociaż kompilował się bez błędów.

Zalety:

Nie ma potrzeby jawnego zwalniania pamięci.

Wady:

Stack overflow i awaryjne zakończenie przy przekroczeniu limitu.

Pozytywny przypadek

Do pracy z dużymi buforami używano dynamicznego przydzielania pamięci przez malloc/free. Na stosie umieszczano tylko małe zmienne robocze.