iOS堆和栈的区别(二)

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堆和栈究竟有什么区别? 主要的区别由以下几点:

1、管理方式不同;

管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。

2、空间大小不同;

空间大小:栈是一块空间较小,但是运行速度很快的内存区域。栈上的内存分配遵循后进先出的原则,通过移动栈的尾指针实现 push(入栈)和 pop(出栈)操作。我们的程序是由一个个方法组成的,CPU 会负责调度并执行这些方法。当我们的程序执行到某个方法的时候,需要在栈上为方法需要的内存开辟空间,此时把栈的尾指针向栈底移动。当方法执行完毕后需要释放掉这些空间,此时会把栈的尾指针移向栈顶,这就完成了一次栈上的内存分配。只要栈的剩余空间大于stack 对象申请创建的空间,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。

堆是内存中的另一块区域,空间比栈大的多,但是运行速度要比栈上的运行速度慢。堆可以在运行时动态的分配内存,补充栈上内存分配的不足。一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。

操作系统对于内存heap 段是采用链表进行管理的。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 节点,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。iOS使用了名为 ARC(自动引用计数)的技术。在多线程环境中,多个线程会共享堆上的内存,为了确保线程安全,不得不在堆上进行加锁操作,但是加锁操作是很耗费性能的,你在堆上所获的的数据安全性实际上是在牺牲性能的代价下得来的。

NSString 的对象就是stack 中的对象,NSMutableString 的对象就是heap 中的对象。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, 适用于计数管理内存管理模式。

3、能否产生碎片不同;

碎 片问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因 为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出。

4、生长方向不同;

生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。

5、分配方式不同;

分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

6、分配效率不同;

分配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较 高。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内 存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到 足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

从这里我们可以看到,堆和栈相比,由于大量new/delete的使用,容 易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广 泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址,局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用 堆。

但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据在多个线程或者多个栈之间是不可以共享的,但是在栈内部多个值相等的变量是可以指向一个地址的。和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。无论是堆还是 栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果,就算是在你的程 序运行过程中,没有发生上面的问题,你还是要小心,说不定什么时候就崩掉了。