Objective-c堆栈的理解

作者: chilim | 来源:发表于2017-09-15 11:02 被阅读61次

    一.理论概要,首先一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几部分:

    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。栈有两种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是系统编译器完成的,比如局部变量的分配,动态分配是有alloc函数进行分配的,但是栈的动态分配和堆是不同的,它的动态分配也由系统编译器进行释放,不需要程序员手动管理。其操作方式类似于数据结构中的栈,后进先出。

    2.堆区(heap)

    一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收,堆是动态分配的,没有静态分配的堆。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式类似于链表。

    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。

    4.文字常量区

    常量字符串就是放在这里。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.经典例子程序

    //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。    
      }  
    

    三.堆和栈的区别

    1.申请方式

    栈:由系统自动分配,不会产生内存碎片。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分配空间。
    堆:需要程序员自己申请,并指明大小,容易产生内存碎片。例如在C中,

    p1 = (char *)malloc(10),p2 = new char[10];
    

    这里p1和p2是指向这个对象的指针,指针是放在栈中的,具体对象是在堆中。

    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,否则将报异常提示内存溢出。

    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链表结点中删除,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,系统会自动将多余的那部分重新放入空闲链表。

    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设定好的,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,将提示内存溢出。因此从栈获得空间较小。

    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。

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    4.申请效率

    栈:由系统自动分配,速度较快。但是程序员无法控制。

    堆:是由new分配的内存,一般速度比较慢,而容易产生内存碎片,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。

    5.堆栈存储的内容

    栈:在函数调用时,第一个进栈的事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。

    6.存取效率

    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。

    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!)

    四.了解以上知识后,再回过头看iOS中的堆栈。

    在iOS中,创建一个对象,定义一个变量,调用一个函数或方法都会占用app的内存,也就是说进行这些操作的时候app内存都要分配空间给他们。

    在iOS中只有objective-c对象才需要进行内存管理,基本数据类型是不需要进行内存管理的,因为objective-c的对象都是以堆的方式分配空间的,并且由程序员自己release。而非objective-c对象,即基本数据类型是放在栈里面,由系统自动分配回收。

    例如:

    CGFloat f = 0.01;
    int b = 1;
    Person *p = [[Person alloc]int];
    

    其中f和b是存放在栈中,注意,p对象是放在堆中,而指向p对象的指针是放在栈中。

    iOS 堆和栈的区别?
    堆和栈的区别(转过无数次的文章)

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