[Algorithm] Stack vs Heap (스택 vs 힙)

1. Stack

• 정의
  : stack은 로컬 변수, 함수 매개변수, 반환 주소를 저장하는 메모리 영역으로, 함수 호출 관리를 수행한다.
• 관리
  : stack은 시스템에 의해 자동으로 관리된다. 함수가 호출되면 해당 함수의 로컬 변수, 반환 주소 및 일부 관리 정보가 stack에 push된다. 함수가 반환되면 해당 정보가 stack에서 pop된다.
• LIFO 구조
  : stack은 Last-In-First-Out (LIFO) 방식으로 작동한다. 이는 stack에 마지막으로 push 된 변수가 제일 먼저 제거된다는 의미다.
• 크기
  : stack에는 프로그램 시작 시 설정된 제한된 크기가 있다. 사용 가능한 스택 공가보다 더 많은 공간을 사용하면 (예를 들어, 무한 재귀로 인한) stack overflow가 발생하며 프로그램이 종료될 수 있다.
• 생명 주기
  : stack의 변수는 범위가 종료되면 자동으로 할당 해제 된다. 이는 수동으로 메모리를 관리할 필요가 없지만 변수의 생명 주기가 짧다는 것을 의미한다(함수 호출의 기간 동안 유지).

2. Heap

• 정의
  : heap은 동적 메모리 할당에 사용되는 메모리 영역으로, 변수는 수동을 할당 및 해제된다.
• 관리
  : heap의 메모리 관리는 수동이다. 프로그래머는 malloc(), calloc() 또는 new와 같은 함수를 사용해 메모리를 할당하고, free() 또는 delete를 사용해 메모리를 해제한다.
• 유연성
  : heap은 런타임 중에 메모릴 할당할 수 있으므로 많은 유연성을 제공한다. 이는 linked list, tree 및 graph와 같이 크기가 변경돼야 하는 데이터 구조에 특히 유용하다.
• 크기
  : heap은 stack보다 크며 크기는 주소 지정 가능한 가상 메모리의 크기로 제한된다. heap이 소진되면 메모리 할당 요청이 실패할 수 있다.
• 생명 주기
  : heap의 변수는 해제되거나 프로그램이 종료될 때까지 그대로 유지된다. 이는 변수들이 오랜 시간 동안 살아 있을 수 있음을 의미하지만, 더 이상 필요하지 않은 메모리가 해제되지 않을 경우 메모리 누수 (memory leak)의 가능성이 있다.

몇 가지 측면에서 Stack과 Heap을 비교해보자.

• 속도
  : stack에 접근하는 것은 일반적으로 heap에 접근하는 것보다 빠르다. 이는 stack이 작고 cache 친화적인 메모리 영역을 갖고 있기 떄문이며, 변수가 예측 가능한 방식으로 할당 및 해제되기 때문이다.
• 범위
  : stack은 함수의 범위로 제한된다. stack의 로컬 변수에 대한 포인터를 반환하면 정의되지 않은 동작 영역에 들어간다. 반면 heap은 함수 범위와 독립적으로 존재하므로 안전하게 heap에 할당된 메모리에 대한 포인터를 반환한다.
• 생명 주기 관리
  : stack의 주요 장점은 자동 관리다. 메모리를 할당 해제하는 것을 잊어버릴 위험이 없다. 반면 heap은 메모리 누수나 이중 삭제를 방지하기 위해 주의 깊게 관리해야 한다.
• 할당 크기
  : 작고 단기적인 할당의 경우 stack이 적합하다. 더 크거나 지속적이 할당 (큰 배열 또는 오래 지속되는 객체와 같은) 의 경우 heap이 더 적합하다.

결론적으로, 프로그래밍에서 stack과 heap은 모두 그 목적이 있다. 효과적이고 버그가 없는 프로그램을 작성하기 위해 언제 어떻게 효과적으로 사용하는지를 이해하는 것이 중요하다. 데이터의 크기, 수명 및 범위에 따라 선택이 달라질 수 있다.