Um heap (ou monte, — ok, ninguém traduz isso) é a organização de memória mais flexível que permite o uso de qualquer área lógica disponível.
A maioria das arquiteturas de computadores modernos e populares não temtêm grandes facilidades para manipular essa stack de memória (costuma ter só o registrador de ponteiro de pilha), assim. Assim como o heap, apesar que neste caso, instruções que ajudam manipular memória virtual, de uma certa forma ajudam a organizar o heap, mas isso vale pra toda memória, não só o heap.
Já o sistema operacional estáos sistemas operacionais estão bem cientecientes destes conceitos, e é fundamental que eles possuam alguma forma, — mesmo que limitada, — para manipular a memória das aplicações, principalmente nos sistemas modernos e de utilidade geral. Os sistemas modernos possuem um gerenciamento complexo, através do que se convencionou chamar de memória virtual que também é, um conceito também abstrato, muitas vezes mal compreendido.
Em Assembly ou C é muito comum ter contato com esse gerenciamento de memória. Em Assembly é comum manipular a stack quase diretamente, e em ambas linguagens, pelo menos a alocação e desalocação do heap devem ser feitas manualmente através da API do sistema operacional. Em C a stack é gerenciado pelo compilador, salvo alguma operação incomum que seja necessária.
Nada impede que se use alguma biblioteca que abstraia essa manipulação, mas isso só é comum em linguagens de mais alto nível. De fato, é muito comum que outras linguagens usem internamente a API do OSOS para fazer o gerenciamento pesado da memória, mas o acesso da memória no "varejo" é feito por um gerenciador próprio, em geral chamado de garbage collector (GC), através de técnicas de contagem de referências para um objeto no heap (há quem considere que isto não é uma técnica de garbage collector) ou de verificação posterior se háda existência de referências para o objeto no heap. Mesmo usando uma biblioteca mais abstrata, os conceitos permanecem.
Quanto mais alto nível, menos precisamse precisa gerenciar tudo isso, mas entender o funcionamento geral é importante em todas linguagens.
Linguagens que não precisam de performance podepodem deixar tudo no heap epara "facilitar" a compressão e acesso.
Em condições normais, a stack é alocadoalocada no início da execução da aplicação, mais precisamente no início da thread, mesmo que a aplicação só tenha a thread principal.
A grossoGrosso modo, podemos dizer que a aplicação tem total controle sobre a *stackstack, exceto quando acaba o espaço disponível nelepara ela.
A pilha funciona usado uma forma LIFO (Last in, First Out) ou UEPS (Último a entrar, primeiro a sair).
Deu para entender que cada thread tem sua própria stack, certo? E o tamanho da stack de cada thread criada pode ter seu tamanhoser definido antes da criação. Um valor default costuma ser usado.
A stack é consideradoconsiderada uma forma automática de alocação (muitas vezes confundida com estática que éestática — alocação que ocorre junto aoà execução —, logo na sua carga). Tecnicamente, existe outra área da memória que realmente sejaé estática, que sejaé alocada antes do início da execução. A área efetivamente estática não pode ser manipulada, não pode ser escrita (pelo menos não deveria poder). A stack em si é estáticoestática, apesar de quedos seus dados não sejamserem, afinal, eles vão sendo colocados e abandonados conforme o seu uso, o seu gerenciamento é automático.
Também existe uma pilha de chamadas que é ondeaonde são armazenados os endereços para onde o ponteiro da pilha deve retornar quando termina a execução de uma função.
Efetivamente, estas alocações reais costumam ocorrer em blocos de tamanho fixo chamados de páginas. Isso evita a aplicação fazer dezenas ou centenas de pequenas alocações que fragmentariafragmentariam a memória de forma extrema, e evita chamadas ao sistema operacional, que troca contexto e costuma ser bem mais lento. Em geral todo sistema de alocação da memória aloca mais do que precisa e vai dando acesso à aplicação conforme ela precisa, em alguns casos, ele quase simula uma stack, por algum tempo, ou fazerfaz reorganização da memória (através de um GCGC compactador).
Fica claro que o heap não é uma área da memória, mesmo conceituando abstratamente, ele é um conjunto de pequenas áreas da memória. Fisicamente ele costuma ser fragmentado por toda a memória. Essas partes são muito flexíveis noem tamanho e tempo de vida.
Por razões de segurança, é bom saber que desalocar é um conceito abstrato também. Costuma ser possível acessar dados de uma aplicação mesmo depois que ela tenha terminado. O conteúdo só é apagado por pedido manual ou quando uma área disponível sejaé escrita novamente.
A alocação no heap "custa" caro. Muitas tarefas devem ser realizados pelo sistema operacional para garantir a perfeita alocação de uma área para um trecho dele, principalmente em ambientes concorrentes, muito (muito comuns hoje em dia), e mesmo quando não precisa do SO, ainda tem um algoritmo complexo para alocar. Desalocar, ou disponibilizar de volta uma área também tem seu custo, em alguns casos para a alocação custar mais baratabarato a liberação custa bem caracaro (ironicamente pode ser controlada por várias pilhas).
O heap é acessado através de ponteiros. Mesmo em linguagens que não exista o conceito de ponteiros disponíveisdisponível para o programador, isto é realizado internamente de forma transparente.
A alocação de ambos costumamcostuma ser realizadosrealizada na RAM, mas nada impede que seja alocado em outro local. A memória virtual pode colocar todo ou parte da stack ou do heap em memória de massa, por exemplo.