ヒープとは？──動的メモリの確保と管理を担う柔軟なメモリ領域

はじめに

大きな配列や実行時にサイズが決まるデータ構造を使いたいとき、必要になるのが ヒープ（Heap） というメモリ領域です。
ヒープはスタックよりも自由で柔軟ですが、自動ではなく明示的な管理が必要になることもあります。
本記事では、ヒープの基本構造、スタックとの違い、動的アロケーション、ガベージコレクションとの関係、注意点までを詳しく解説します。

基本情報・概要

ヒープとは、プログラムの実行時にサイズや寿命が決まるデータを格納するメモリ領域です。
動的にメモリを確保（allocate）し、明示的に解放（free）する必要があるのが一般的です。

主な用途：

• 実行時にサイズが決まる配列や構造体の確保
• 長く保持したいデータ（関数スコープ外でも使用する値）
• 大量・大サイズデータの格納（画像、ファイル内容など）

ヒープは「自由に借りられるが、返すのも自己責任のメモリ空間」です。

比較・分類・特徴の表形式まとめ（任意）

スタックが「短命かつ高速」なら、ヒープは「長命かつ柔軟」です。

深掘り解説

✅ C言語でのヒープ操作（

malloc

/

free

）

int* arr = malloc(sizeof(int) * 100);
if (arr == NULL) {
  perror("メモリ確保失敗");
  exit(1);
}
arr[0] = 42;
free(arr);  // 手動で解放しないとリークする

• malloc()

  や

  calloc()

  でヒープにメモリを確保

• free()

  によって明示的に解放
• 解放を忘れると メモリリーク になる

✅ C++での

new

/

delete

int* ptr = new int;
*ptr = 10;
delete ptr;

• new[]

  /

  delete[]

  を使うと配列もヒープに確保できる
• モダンC++では

  std::unique_ptr

  などのスマートポインタによる自動管理が主流

✅ JavaScript / Python の場合

• メモリ確保は自動（明示的な malloc は不要）
• オブジェクト・配列・関数などの実体はすべてヒープに格納
• ガベージコレクタ（GC）が到達不能になったタイミングで回収

let obj = { a: 1 };  // ヒープに確保されている
obj = null;          // GCにより回収される対象に

応用・発展的な使い方

• オブジェクトプール：確保済メモリを再利用してアロケーション負荷を軽減
• アリーナアロケータ：大量確保・一括解放を最適化する設計
• 構造体のリンクやツリー構築：ポインタを使った複雑な構造の動的生成
• リアルタイムシステムでのメモリ制限：ヒープの動的確保を避ける方針もあり

ヒープは 柔軟性がある分、意識的に設計・管理すべき領域です。

よくある誤解と注意点（任意）

• 確保したら解放が必須（手動管理言語）
  → 解放忘れ＝メモリリーク／2重解放＝クラッシュの危険
• ガベージコレクタがある言語でもリークは起こり得る
  → 到達可能だが使っていない変数を残すとリークになる
• ヒープ操作はコストが高い
  → アロケーションの頻度が高すぎるとパフォーマンス悪化
• スレッド間共有時に注意
  → ヒープ上のメモリを複数スレッドで扱うと競合が起きやすい

ヒープは自由と責任がセットのメモリ領域です。

まとめ

ヒープは、実行時に柔軟なサイズや寿命を持つデータを格納できるメモリ領域であり、C/C++では明示的に操作、GCを持つ言語では自動的に管理されます。
柔軟性の反面、メモリリークやパフォーマンス劣化の温床にもなりやすく、確保・使用・解放の設計が非常に重要です。
スタックとヒープの違いを理解し、用途に応じて使い分けられる設計力こそが堅牢なアプリケーションへの第一歩です。