heap & stack

stack

스택이란 여러 개의 데이타 항목들이 일정한 순서로 나열된 자료 구조로 한쪽 끝에서만 새로운 항목을 삽입하거나 기존 항목을 삭제할 수 있도록 고안된 것이다. 스택은 동전을 넣고 뺄 수 있도록 되어 있는 동전 케이스와 같은 작동 원리를 가지고 있다. 삽입된 동전들은 케이스 내부에 일정한 순서로 저장된다. 먼저 삽입된 동전은 케이스의 가장 아래쪽에 위치하고 가장 최근에 삽입된동전은 입구에 놓인다. 스택에 저장된 데이타 항목들 중에 먼저 삽입된 것은 나중에 삭제되고, 나중에 삽입된 것이 먼저 삭제된다. 그래서 스택을 후입 선출 리스트Last- In-First-Out List)라고 부른다. 선입 선출법을 사용하는 큐와는 상반된 성질을 가진다.

스택은 기저(base)로부터 데이타 항목들을 차례로 쌓아올린 모양을 가진다.

삽입과 삭제는 현재 저장된 최상위 항목이 위치한 top 에서만 일어난다.

top 위치는 "스택 포인터"라는 지시자가 가리킨다.

스택 포인터는 스택 기저에서 시작하여 항목이 삽입되면 하나 증가하고,

삭제되면 하나 감소한다. 스택에는 한계가 있어서 그 한계를 초과하도록 삽입할 수 없다.

heap

프로그램의 실행 도중에 요구되는 기억 장소를 할당하기 위하여 운영 체제에 예약되어 있는 기억 장소 영역. 프로그램에서 실행 도중에 자료를 저장하기 위하여 기억 장소를 요청하게 되면 운영 체제에서는 힙에 존재하는 기억 장소를 프로그램에 할당한다. 그리고 프로그램에서 기억 장치를 더 이상 필요로 하지 않는 경우에는 앞에서 할당 받았던 기억 장소를 운영체제에 반납하게 되는데, 이때 운영체제에서는 반납된 기억 장소를 다시 힙에 연결하게 된다. 힙에 대한 기억 장소는 포인터를 통해 동적으로 할당되거나 반환이 되는데 연결 리스트, 트리, 그래프 등과 같이 동적인 특성을 가지고 있는 자료구조에서 널리 사용된다.

힙은 프로그램이 실행될 때까지 알 수 없는 가변적인 양만큼의 데이터를 저장하기 위해 프로그램의 프로세스가 사용할 수 있도록 미리 예약되어 있는 메인 메모리의 영역이다. 예를들면 하나의 프로그램은 처리를 위해 한명 이상의 사용자로부터 서로 다른 양의 입력을 받을 수 있으며 즉시 모든 입력데이터에 대해 처리를 시작한다. 운영체계로부터 이미 확보된 일정량의 힙 저장공간을 가지고 있으면 저장과 관련된 처리를 좀 더 쉽게 할 수 있으며 일반적으로 필요할 때마다 운영체계의 운영체계에게 매번 저장공간을 요청하는 것보다 빠르게 된다. 프로세스는 필요할 때 heap 블록을 요구하고 더 이상 필요 없을 때 반환하며 이따금씩 자투리 모으기를 수행함으로써 자신에게 할당된 heap을 관리하기도 한다. 여기서 자투리 모으기란 더 이상 사용되지 않는 블록들을 사용 가능한 상태로 만들고 또한 heap 내의 사용 가능한 공간을 인지함으로써 사용되지 않은 작은 조각들이 낭비되지 않도록 하는 것을 말한다.

힙이란 컴퓨터의 기억 장소에서 그 일부분이 프로그램들에 할당되었다가 회수되는 작용이 되풀이 되는 영역이다. 스택영역은 엄격하게 후입선출(LIFO)방식으로 운영되는데 비해 힙은 프로그램들이 요구하는 블록의 크기나 요구/횟수 순서가 일정한 규칙이 없다는 점이 다르다. 대개 힙의 기억장소는 포인터변수를 통해 동적으로 할당받고 돌려준다. 이는 연결 목록이나 나무, 그래프 등의 동적인 자료 구조를 만드는데 꼭 필요한 것이다.

그럼 힙 메모리를 프로그램을 사용할 수 있는 자유메모리라고 할 수 있다.프로그램 실행 시에 함수로 내는 데이터 등을 일시적으로 보관해 두는 소량의 메모리와 필요시 언제나 사용할 수 있는 대량의 메모리가 있다. 이때, 소량의 메모리를 ‘스택’이라 하고 대량의 메모리를 ‘힙’ 이라고 한다. 이 ‘힙’이 없어지면 메모리 부족으로 ‘이상종료’를 하게 된다.

프로세스에 exe 이미지가 로드되고, 할당되고, 이것저것 필요한 동적 라이브러리가 로드되고 사용되지 않는 미사용 구간이 있는 것은 분명한데 그 미사용 영역이 ‘힙’이라고 한다. 프로그램을 짤 때 new나 malloc()함수를 이용한 동적 할당을 하게 되면 힙 영역이 사용 가능하도록 되는 것이다. 필요한 메모리 사이즈만큼 OS에게 할당해 달라고 부탁할 수도 있으며, 사용을 다 했으면 다시 OS에게 넘겨줘야한다.