严格地讲，堆栈是两部分：堆（Heap）和栈（stack）。但大多数时候，人们说堆栈，都指的栈（stack）。
本文描述的堆栈，也只是指栈（stack）。
简单的说，stack 是内存的一部分。因为CPU指令里有一大堆直接对堆栈的指令操作，所以，它虽然在内存里，但可以比其他内存空间有更快的读取写入速度。
在常规的语句执行时，CPU会优先读写寄存器（register，但是它容量很小），然后优先读写堆栈（stack，它比较小），最后才优先读写常规内存（它比较大），而再大量的数据，就放入硬盘文件（它非常大）。
这就好像，我们总会把最常用的东西（比如手机、钱包）带在身上，甚至揣在兜里（就像CPU读写寄存器一样）。而把比较常用的东西（比如耳机、充电宝）放在随身的书包里。最后特别不常用的东西会放在家里。
再比如，我们在办公的时候，最常用而且小巧的东西（笔、电脑、订书机）放在桌面上（就像寄存器），而较常用而且不太大的东西（文件、书籍、合同）放在抽屉里（就像堆栈），不常用或者非常庞大的东西，则放在仓库里（就像常规内存或者硬盘）。
二.堆栈有什么作用？
在绝大多数的平台上，堆栈主要完成这么四个事情：
1. 临时数据存放。
主要通过 push 和 pop 两个指令完成（什么？你不知道这两个指令？这没关系，书写高级语言代码不需要知道它们）。这就好比，我们在工作的时候，手边临时拿不了的东西，先暂时放在桌子上，等手头空闲下来了，再移动到该存放的地方。
2. 存放函数局部变量。
3. 存放函数的虚参。
第2和第3，我们举例来说（这部分看不懂也没关系），如下的函数调用：
call sub( a , b , c ) subroutine sub( a , b , c ) integer :: a , b , c real :: xx , yy , zz , sum end subroutine sub
调用了 sub 函数，并传入三个参数：a b c，函数有4个局部变量 xx yy zz 和 sum
在调用函数时，堆栈内的情况大概会是这样：
要看懂这个图，我们需要先了解两个寄存器：ESP 和 EBP。如果你不想了解，也可以直接跳过本段阅读。
ESP （extended stack pointer）寄存器用于记录当前堆栈的顶部位置。而 EBP （extended base pointer） 寄存器用于记录当前堆栈的基准位置。
在调用前，ESP 位于图中 C 上面 的位置（棕色区域），首先程序会把参数 a b c 放入堆栈里。然后把当前函数返回以后的地址放入堆栈里（EBP+16 到 EBP ）。之后，放入当前的 ebp（以便函数调用完成后恢复它），之后会把ESP 继续向下移动，以便给局部变量（xx yy zz sum）腾出空间（EBP-4 到 EBP-16 ）。
（题外话：由于局部变量的空间是“腾出来”的，故而我们可以理解，为什么每次进入子程序，其局部变量的值都是“随机的”，因为他的值，是上一次堆栈使用过后的残余。他可能是上一次调用某个函数时留下的其他局部变量，也可能是上一个函数的返回值或虚参。总之，他的值非常不确定！）
当调用结束后，程序会跳转到“返回地址”，恢复 EBP。最后再把 ESP 调回到棕色的区域。此时，EBP+16到EBP-16的位置并没有变化，也没有被回收。而是下次调用其他函数时直接覆盖。
4. 记录调用轨迹。
稍大的程序一般是一个函数调用另一个函数，然后再调用其他函数......为了能够让函数执行后按照原先的顺序返回，堆栈就必须记录调用的轨迹。（你可以试想一下一个走迷宫的人，如何记录自己走过的地方？）
以下是一张示意图：
在主程序里，调用了 sub1 这个函数。在堆栈里，记录了 sub1 这条轨迹（实际上，这里面包含主程序对sub1的参数，返回地址，EBP和sub1 的局部变量，这些可以参考堆栈的第2和第3个作用，即上一张图）
同时 eip 指向 call sub1，说明当前执行到此处。而 esp 指向堆栈里的 sub1 这条轨迹，说明堆栈顶部在这里。
当 sub1 调用了 sub2 时，在堆栈里，向上堆叠了 sub2 的轨迹（实际上，也包含参数，返回地址，EBP和sub2的局部变量）
当 sub2 调用了 sub3 时，继续向上堆叠 sub3 的轨迹。
执行完 sub3 和 sub2，按照堆栈里记录的 sub1 的返回地址，返回sub1。然后向下执行 sub4，堆栈里 sub2 的轨迹被 sub4 的轨迹替换。而 sub3 的轨迹虽然还在，但由于堆栈顶部指针（esp）在 sub4 的位置，所以它并没有生效（图中灰色显示）。
然后继续执行 sub4，遇到 write 语句，write 语句在语法里可以直接使用。但实际上，它也是一个函数（由编译器厂家书写），所以它也会留下一个轨迹（覆盖之前的 sub3 的轨迹）。
所以，堆栈里不停的记录着调用函数的轨迹，当这个函数返回时，堆栈顶部就向下移动，再次调用时，之前的轨迹被擦除重写。
由此可见，堆栈的这四个作用是非常关键的。它在程序运行时，非常重要，不可或缺。
三.堆栈为什么会溢出？为什么会失衡？
那么，堆栈为什么溢出呢？这主要分两种情况：1.堆栈确实稍微有点不够。2.堆栈的需求太过分。
（这很容易理解，桌子放不下了，可能是桌子有点小，也可能是你把应该放在仓库的东西放在了桌面上）
对于第一种可能，我们一般通过调整堆栈大小来解决。不同的编译器有不同的调节方法，VS 下可设置工程属性：
这里的单位是字节，所以图中的 1000000000 表示 1000MB，在32位系统上。这个值默认一般是 10MB，可以调节的范围是 10MB 到 1000MB，到 1000MB 还依然堆栈溢出的话，就要考虑是不是第二种可能了：
从上面，我们知道了堆栈的作用，自然就不难得出，堆栈要求太高而导致溢出的原因：
1. 需要临时存储的信息太多了（由作用1）。这种情况多发生在用内部函数（例如 max 、read、数组整体赋值 ）处理较大量的数组。这种时候，我们可以用循环来代替一些内部函数，或者用循环分批次地处理内部函数。
2. 函数局部变量太大（由作用2）。局部变量多数存储在堆栈里，当它很大是，就容易溢出。尤其针对数组大小由虚参给定的情况：
subroutine mysub( n )
integer
real :: a( n )
这里的 a 往往会因为实参 n 非常大而导致堆栈溢出。这种时候，我们只需要用可分配数组来代替 real :: a(n) 就可，因为可分配数组一般放入 Heap 或其他内存空间。
3. 虚参太多（由作用3）。由于 Fortran 默认是传地址的，每个虚参都是一个地址(32位、4字节)，并不大，所以即便虚参真的很多，通常也不会造成堆栈溢出。除非你指定了传值（value修饰）。
4. 调用轨迹太多（由作用4）。这通常发生在极其庞大（上万行代码）的程序里。对于这种情况，没有很好的解决办法。有一种特殊的情况，就是“递归调用”：我们知道，递归调用是函数自个调用自个，如果对递归的终止条件控制得不好，就会出现“调用轨迹”无限地堆积下去，造成堆栈溢出。
根据我们的经验，第2种情况发生的几率最高。其次是第4种情况的递归调用。
此外，堆栈除了会溢出，还可能会失衡。失衡一般发生在调用了函数库、调用了动态链接库、混合编程时。由于不同的函数库、不同的动态库、混编语言之间，函数调用时对堆栈的利用方式不同，而导致错误地使用了堆栈信息。
（专业地说，这叫“调用协定”）以上面的例子而言 call sub( a , b , c ) ，Fortran 传递虚参时，会按 c b a 的顺序传入堆栈，而有的语言则会以 a b c 的顺序从堆栈取出。返回地址、保存ebp的方式也可能有差异。就可能导致诸如这种错误：“把一个本应该是虚参的量，当成了返回地址，而无法正确的返回，而在堆栈里引发错误”
这一类的错误，统称为堆栈失衡。当发生这类错误时，就需要认真检查不同语言之间的调用协定是否一致，传址和传值是否相同等等这些规定了。
四.如何有效的利用内存？
这是一个复杂而不得不面对的一个问题。堆栈不够用，我们应该想办法把较多的数据放入常规内存。那么，如果常规内存依然不够用呢？我们还可以考虑把所需的数据分段使用，其他暂时不用的部分写入文件来存放。
正如一部MKV的电影，3.0GB，播放时并不需要占用 3GB的内存。
正如腾讯有几亿QQ用户，而服务器上并没有几亿大小的数组。
简单通俗的说，我们要学会的，是该把哪些东西拿在手里、哪里东西放在兜里、哪些东西放在家里、哪些东西放在办公桌、哪些东西放在仓库里。
即能让自己需要它的时候最快速度获取到，又能让它不占用宝贵的空间。
