ios 栈和堆

川长思鸟来 2022-06-15 02:13 237阅读 0赞

一：一般认为在c中分为这几个存储区   
        1：栈 - 由编译器自动分配释放   
        2：堆 - 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   
        3：全局区（静态区），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。 程序结束释放。

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

二：堆和栈的数据结构和内存：

堆实际上指的就是（满足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是满足先进后出的性质的数学或数据结构

1.  数据结构的堆与栈：实际上堆栈是两种数据结构：堆和栈。

堆和栈都是一种数据项按需排列的数据结构；

栈：栈就像数据的桶或者箱子，它是一种具有先进先出性质的数据结构；

堆：堆就像一棵倒过来的树，它是经过了排序的树形数据结构，每个节点都是一个值；通常我们所说的堆是指二叉堆；堆的特点  是根节点的值最小（或最大），且干接点的两个子树也是一个堆；由于堆的这个特性，常用来实现优先队列（），堆的存取是   随意的，这就像是图书馆的书架上的书，虽然书的摆放是有序的，但我们想取任何一本书都是随意的；

2.内存的堆与栈：

内存栈：其操作方式类似于数据结构中的栈；

内存堆：其与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。

一般情况下，程序存放在ROM或Flash中，运行时需要考到内存中执行，内存会分别存储不同的信息；如下图所示：

内存中的栈区处于相对较高的地址，以地址的增长方向为上的话，栈地址是向下增长的；栈中分配局部变量空间；堆区是向上增  长的，用于分配程序员申请的内存空间；另外，京台区是分配静态变量、全局变量的；只读区是分配常量和程序代码空间的；以    及其他一些分区；

> 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);堆  
> 
> p2 = (char \*)malloc(20);堆  
> 
> \}

> 3.堆和栈的区别：

> 1）申请方式和回收方式不同
> 
>   栈（英文名称是stack）是系统自动分配空间的，例如我们定义一个 char a；系统会自动在栈上为其开辟空间。
> 
>   堆（英文名称   是heap）则是程序员根据需要自己申请的空间，例如malloc（10）；开辟十个字节的空间。由于栈上的空间是自动分配自动回收  的，所以栈上的数据的生存周          期只是在函数的运行过程中，运行后就释放掉，不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空 间，就一直可以访问到，不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露；
> 
> 2）申请空间后系统的响应
> 
> 栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程勋提供内存，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，当系统受到程序的申请时，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，又要找到的对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；
> 
> 3）申请效率的比较：
> 
> 栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员无法控制；
> 
> 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，不过用起来比较方便；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快内存，虽然用起来最不方便。
> 
> 4）申请大小的限制
> 
> 栈：在windows下，栈是从低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。即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好的常数），如果申请的空间超过栈的剩  余空间时，将提示溢出。因此，能从栈获取的空间较小。
> 
> 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空闲[内存地址][Link 1]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][Link 2]。由此可见，堆获得的空间较灵活，也比较大。
> 
> 5）堆和栈中的存储内容
> 
> 由于栈的大小有限，所以用子函数还是有物理意义的，而不仅仅是逻辑意义。
> 
> 栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令（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][Link 3]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。
> 
>   
> 
> 
> 关于存储内容还可以参考这道题。这道题还涉及到局部变量的存活期。
> 
>   
> 
> 
> 6）存取效率的比较
> 
> char [s1][]\[\] = "aaaaaaaaaaaaaaa";  
> 
> char \*s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";  
> 
> aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；放在栈中。  
> 
> 而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；放在堆中。  
> 
> 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。  
> 
> 【备注1：解释局部引用类型变量和值变量存放问题；】
> 
> 比如：  
> 
> \#include  
> 
> void main()  
> 
> \{  
> 
> char a = 1;  
> 
> char c\[\] = "1234567890";  
> 
> char \*p ="1234567890";  
> 
> a = c\[1\];  
> 
> a = p\[1\];  
> 
> return;  
> 
> \}  
> 
> 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，在根据edx读取字符，显然慢了。
> 
>   
> 
> 
> 关于堆和栈区别的比喻
> 
> 【堆和栈的区别可以引用一位前辈的比喻来看出：  
> 
>   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。比喻很形象，说的很通俗易懂，不知道你是否有点收获。】

三:堆与栈（补充）

> 在函数体中定义的变量通常是在栈上，用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区）,在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern（扩展）到别的文件用，在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外，函数中的 "adgfdf "这样的字符串存放在常量区。   
> 
> 
> 比如： 
> 
> 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 【存放char类型数据的数组】
> 
> char \*p2; 栈 【指针存放在栈中，但指针指向的内容存放在堆中】
> 
> char \*p3 = "123456 "; 123456\\0在常量区，p3在栈上。 【初始化的局部变量放在常量区】
> 
> 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 "优化成一块。 
> 
> \} 
> 
>   
> 
> 
> 还有就是函数调用时会在栈上有一系列的保留现场及传递参数的操作。栈的空间大小有限定，vc的缺省是2M。栈不够用的情况一般是程序中分配了大量数组和递归函数层次太深。有一点必须知道，当一个函数调用完返回后它会释放该函数中所有的栈空间。栈是由编译器自动管理的，不用你操心。堆是动态分配内存的，并且你可以分配使用很大的内存。但是用不好会产生内存泄漏。并且频繁地malloc和free会产生内存碎片（有点类似磁盘碎片），因为c分配动态内存时是寻找匹配的内存的。而用栈则不会产生碎片。在栈上存取数据比通过指针在堆上存取数据快些。
> 
>   
> 
> 
> 一般大家说的堆栈和栈是一样的，就是栈(stack)，而说堆时才是堆heap.
> 
> 栈是先入后出的，一般是由高地址向低地址生长。 
> 
>   
> 
> 
> 堆和栈的概念并不是并行的。对底层机器代码的研究可以揭示，栈是机器系统提供的数据结构，而堆则是C/C++函数库提供的。具体地说，现代计算机(串行执行机制)，都直接在代码底层支持栈的数据结构。这体现在，有专门的寄存器指向栈所在的地址，有专门的机器指令完成数据入栈出栈的操作，这种机制的特点是效率高，支持的数据有限，一般是整数，指针，浮点数等系统直接支持的数据类型，并不直接支持其他的数据结构。因为栈的这种特点，对栈的使用在程序中是非常频繁的。对子程序的调用就是直接利用栈完成的。机器的call指令里隐含了把返回地址推入栈，然后跳转至子程序地址的操作，而子程序中的ret指令则隐含从堆栈中弹出返回地址并跳转之的操作。C/C++中的自动变量是直接利用栈的例子，这也就是为什么当函数返回时，该函数的自动变量自动失效的原因。
> 
> 和栈不同，堆的数据结构并不是由系统(无论是机器系统还是操作系统)支持的，而是由函数库提供的。基本的malloc/realloc/free函数维护了一套内部的堆数据结构。当程序使用这些函数去获得新的内存空间时，这套函数首先试图从内部堆中寻找可用的内存空间，如果没有可以使用的内存空间，则试图利用系统调用来动态增加程序数据段的内存大小，新分配得到的空间首先被组织进内部堆中去，然后再以适当的形式返回给调用者。当程序释放分配的内存空间时，这片内存空间被返回内部堆结构中，可能会被适当的处理(比如和其他空闲空间合并成更大的空闲空间)，以更适合下一次内存分配申请。这套复杂的分配机制实际上相当于一个内存分配的缓冲池(Cache)，使用这套机制有如下若干原因：

> > 1. 系统调用可能不支持任意大小的内存分配。有些系统的系统调用只支持固定大小及其倍数的内存请求(按页分配)；这样的话对于大量的小内存分类来说会造成浪费。 
> 
> > 2. 系统调用申请内存可能是代价昂贵的。系统调用可能涉及用户态和核心态的转换。 
> 
> > 3. 没有管理的内存分配在大量复杂内存的分配释放操作下很容易造成内存碎片。

> 从以上知识可知，栈是系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不灵活；而堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。栈是系统数据结构，对于进程/线程是唯一的；堆是函数库内部数据结构，不一定唯一。不同堆分的内存无法互相操作。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编译器完成的，比如自动变量(auto)的分配。动态分配由alloca函数完成，但栈的动态分配的资源由编译器进行释放，无需程序员实现。栈的动态分配无需释放(是自动)，也就没有释放函数。为可移植的程序起见，栈的动态分配操作是不被鼓励的！堆空间的分配总是动态的，虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统，但是精确的申请内存/释放内存匹配是良好程序的基本要素。

> 堆和栈可以放一块思考 ：
> 
> 堆和栈的生长方向恰好相反， 
> 
> |--------------| 【低地址 】
> 
> | 堆 | 
> 
> |--------------| 
> 
> | | | 
> 
> | I | 
> 
> | | 
> 
> | ^ | 
> 
> | 栈 | 【高地址 】
> 
> \----------------- 
> 
> 所以计算机中的堆和栈经常是放一块讲的 。
> 
>   
> 
> 
> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
> 
> 注意： 一般不是必要就不要动态创建，最讨厌把new出来的东西当局部变量用，用万了马上delete 的做法. 
> 
>   
> 
> 
> 理由 
> 
> 1.栈分配比堆快，只需要一条指令就呢给配所有的局部变量 
> 
> 2.栈不会出现内存碎片 2
> 
> 3。栈对象好管理 
> 
>   
> 
> 
> 当然，某些情况下也要那么写,比如 
> 
> 1.对象很大 
> 
> 2.对象需要在某个特定的时刻构造或析够 
> 
> 3.类只允许对象动态创建,比如VCL的大多数类 
> 
> 当然，必须用堆对象时也不能躲避
> 
> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
> 
> 堆内存和栈内存各有什么作用？
> 
> 堆：顺序随意
> 
> 栈：先进后出

【备注1】：局部引用类型变量和值变量存放数据的问题：

>  以下是值类型与引用类型的表：
> 
>   ![objectvalue.png][]
> 
> **  **我们来看下面一段代码：
> 
> **    **首先在类中声明一个**class**类，和一个**struct**结构，如图：
> 
> ![exp1.png][]
> 
> **  **并使用在程序入口调用它们，如图：
> 
>  ![clientExap1.png][]
> 
>    
> 
> **    **现在我们来看一看，它们在内存当中是如何存储的？
> 
> ![ValueImage1.png][]
> 
>  
> 
>     从这张图可以看出，**class**(类）实例化出来的对象，指向了内存堆中分配的空间
> 
>                          **struct**(结构)实例化出来的对象，是在内存栈中分配
> 
>  
> 
> **   **接下来，我们再来在上面的程序做如下修改：
> 
> **   **![ValueImage2.png][]
> 
>   
> 
> 
>     红框，代码定义一个class实例化对象s2,然后把对象s1赋值给s2
> 
> **    **蓝框，代码定义一个结构实例化对象**r2**,然后把对象**r1**赋值给**r2**
> 
>  
> 
> **    **那它们输出的结果是多少呢？
> 
>   s1的值为：222    s2的值为222
> 
>     r1的值为：16     r2的值为666
> 
> **多个值类型和引用类型在内存里面是如何存储的，如图：**
> 
> ![ValueImage3.png][]
> 
>  从图中，可以看出，两个引用类型 s1,s2都指向了同一个拖管堆上的空间，
> 
>            当某一个发生改变的时候，其于的会发生变化
> 
>  
> 
>              而结构是值类型，虽然使用r2=r1，把r1对象赋值给r2，
> 
> >  但是它会在线程栈中分配一个独立的空间，
> 
> > 当修改某一个对象的之时，不会影响到另一个对象；

>   
> 
> 
> 备注11：线程栈和内存栈的区别：
> 
>   
> 
> 
>   
> 
> 
> 备注：
> 
>   
>

[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E5%86%85%E5%AD%98%E5%9C%B0%E5%9D%80&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YzmH6dPWTLm1NBPH64PAub0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHT4P1fsrHmzrHDdPWfvP1nsPs
[Link 2]: https://www.baidu.com/s?wd=%E8%99%9A%E6%8B%9F%E5%86%85%E5%AD%98&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YzmH6dPWTLm1NBPH64PAub0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHT4P1fsrHmzrHDdPWfvP1nsPs
[Link 3]: https://www.baidu.com/s?wd=%E6%A0%88%E9%A1%B6%E6%8C%87%E9%92%88&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YzmH6dPWTLm1NBPH64PAub0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHT4P1fsrHmzrHDdPWfvP1nsPs
[s1]: https://www.baidu.com/s?wd=s1&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YzmH6dPWTLm1NBPH64PAub0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHT4P1fsrHmzrHDdPWfvP1nsPs
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