借用C语言中堆和栈的区别来说明IOS中两者的

Question

如题所述

Answer 1

一、预备知识—程序的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）—   由编译器自动分配释放   ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其
操作方式类似于数据结构中的栈。  ï¼ˆè¡¥å……：局部变量， 生命周期外自动被系统回收）
2、堆区（heap）   —   一般由程序员分配释放，   若程序员不释放，程序结束时可能由OS回
收   。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。  ï¼ˆè¡¥å……：malloc、alloc出的空间，必须手动释放 ï¼‰
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的
全局变量和静态变量在一块区域，   未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另
一块区域。   -   程序结束后由系统释放。  ï¼ˆè¡¥å……：static 关键字修饰的变量 该区上的数据在应用程序的整个生命周期中一直存在 只有当程序退出时才会被系统回收）
4、文字常量区   —常量字符串就是放在这里的。   程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

//半路插入IOS中的理解

操作系统iOS ä¸­åº”用程序使用的计算机内存不是统一分配空间，运行代码使用的空间在三个不同的内存区域，分成三个段：“text segment â€œï¼Œâ€œstack segment â€ï¼Œâ€œheap segment â€ã€‚

段“text segment â€æ˜¯åº”用程序运行时应用程序代码存在的内存段。每一个指令，每一个单个函数、过程、方法和执行代码都存在这个内存段中直到应用程序退出。一般情况下，你不会真的不得不知道这个段的任何事情。

当应用开始以后，函数main() è¢«è°ƒç”¨ï¼Œä¸€äº›ç©ºé—´åˆ†é…åœ¨â€stack” ä¸­ã€‚这是为应用分配的另一个段的内存空间，这是为了函数变量存储需要而分配的内存。每一次在应用中调用一个函数，“stack â€çš„一部分会被分配在”stack” ä¸­ï¼Œç§°ä¹‹ä¸ºâ€frame” ã€‚新函数的本地变量分配在这里。

正如名称所示，“stack â€æ˜¯åŽè¿›å…ˆå‡ºï¼ˆLIFO ï¼‰ç»“构。当函数调用其他的函数时，“stack frame â€ä¼šè¢«åˆ›å»ºï¼›å½“其他函数退出后，这个“frame â€ä¼šè‡ªåŠ¨è¢«ç ´åã€‚

“heap” æ®µä¹Ÿç§°ä¸ºâ€data” æ®µï¼Œæä¾›ä¸€ä¸ªä¿å­˜ä¸­ä»‹è´¯ç©¿å‡½æ•°çš„执行过程，全局和静态变量保存在“heap”中，直到应用退出。

为了访问你创建在heap ä¸­çš„数据，你最少要求有一个保存在stack ä¸­çš„指针，因为你的CPU é€šè¿‡stack ä¸­çš„指针访问heap ä¸­çš„数据。

你可以认为stack ä¸­çš„一个指针仅仅是一个整型变量，保存了heap ä¸­ç‰¹å®šå†…存地址的数据。实际上，它有一点点复杂，但这是它的基本结构。

简而言之，操作系统使用stack æ®µä¸­çš„指针值访问heap æ®µä¸­çš„对象。如果stack å¯¹è±¡çš„指针没有了，则heap ä¸­çš„对象就不能访问。这也是内存泄露的原因。

在iOS æ“ä½œç³»ç»Ÿçš„stack æ®µå’Œheap æ®µä¸­ï¼Œä½ éƒ½å¯ä»¥åˆ›å»ºæ•°æ®å¯¹è±¡ã€‚

stack å¯¹è±¡çš„优点主要有两点，一是创建速度快，二是管理简单，它有严格的生命周期。stack å¯¹è±¡çš„缺点是它不灵活。创建时长度是多大就一直是多大，创建时是哪个函数创建的，它的owner å°±ä¸€ç›´æ˜¯å®ƒã€‚不像heap å¯¹è±¡é‚£æ ·æœ‰å¤šä¸ªowner ï¼Œå…¶å®žå¤šä¸ªowner ç­‰åŒäºŽå¼•ç”¨è®¡æ•°ã€‚只有heap å¯¹è±¡æ‰æ˜¯é‡‡ç”¨â€œå¼•ç”¨è®¡æ•°â€æ–¹æ³•ç®¡ç†å®ƒã€‚

stack å¯¹è±¡çš„创建

只要栈的剩余空间大于stack å¯¹è±¡ç”³è¯·åˆ›å»ºçš„空间，操作系统就会为程序提供这段内存空间，否则将报异常提示栈溢出。

heap å¯¹è±¡çš„创建

操作系统对于内存heap æ®µæ˜¯é‡‡ç”¨é“¾è¡¨è¿›è¡Œç®¡ç†çš„。操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当收到程序的申请时，会遍历链表，寻找第一个空间大于所申请的heap èŠ‚点，然后将该节点从空闲节点链表中删除，并将该节点的空间分配给程序。

例如：

NSString çš„对象就是stack ä¸­çš„对象，NSMutableString çš„对象就是heap ä¸­çš„对象。前者创建时分配的内存长度固定且不可修改；后者是分配内存长度是可变的，可有多个owner, é€‚用于计数管理内存管理模式。

两类对象的创建方法也不同，前者直接创建“NSString * str1=@"welcome"; â€œï¼Œè€ŒåŽè€…需要先分配再初始化“ NSMutableString * mstr1=[[NSMutableString alloc] initWithString:@"welcome"]; â€ã€‚

再补充一点，这里说的是操作系统的堆和栈。

在我们学习“数据结构”时，接触到的堆和栈的概念和这个操作系统中的堆和栈不是一回事的。

操作系统的堆和栈是指对内存进行操作和管理的一些方式。

“数据结构“的堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先Queue çš„一种数据结构，第1 ä¸ªå…ƒç´ æœ‰æœ€é«˜çš„优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数据或数据结构。

//插入结束

二、例子程序
这是一个前辈写的，非常详细
//main.cpp
int   a   =   0;   全局初始化区
char   *p1;   全局未初始化区
main()
{
int   b;   栈
char   s[]   =   "abc";   栈
char   *p2;   栈
char   *p3   =   "123456";   123456/0在常量区，p3在栈上。
static   int   c   =0；   全局（静态）初始化区
p1   =   (char   *)malloc(10);
p2   =   (char   *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1,   "123456");   123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"
优化成一个地方。
}


二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。   例如，声明在函数中一个局部变量   int   b;   系统自动在栈中为b开辟空
间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1   =   (char   *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2   =   new   char[10];
但是注意p1、p2本身是在栈中的。


2.2
申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢
出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表
中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的
首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。
另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部
分重新放入空闲链表中。

2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意
思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有
的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将
提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储
的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小
受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。



2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是
直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。


2.5堆和栈中的存储内容
栈：   在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可
执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈
的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地
址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

2.6存取效率的比较

char   s1[]   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";
char   *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；
但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如：
#include
void   main()
{
char   a   =   1;
char   c[]   =   "1234567890";
char   *p   ="1234567890";
a   =   c[1];
a   =   p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10:   a   =   c[1];
00401067   8A   4D   F1   mov   cl,byte   ptr   [ebp-0Fh]
0040106A   88   4D   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],cl
11:   a   =   p[1];
0040106D   8B   55   EC   mov   edx,dword   ptr   [ebp-14h]
00401070   8A   42   01   mov   al,byte   ptr   [edx+1]
00401073   88   45   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到
edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。


2.7小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就
走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自
由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由
度大。   (经典！)