堆和棧的區別

棧:
存放函數的參數值、局部變量等,由編譯器自動分配和釋放,通常在函數執行完後就釋放了,其操作方式類似於數據結構中的棧。棧內存分配運算內置於CPU的指令集,效率很高,但是分配的內存量有限,比如iOS中棧區的大小是2M。
堆:
就是通過new、malloc、realloc分配的內存塊,編譯器不會負責它們的釋放工作,需要用程序區釋放。分配方式類似於數據結構中的鏈表。在iOS開發中所說的“內存泄漏”說的就是堆區的內存。(python中的對象引用計數,自動釋放對象)

堆和棧的區別:
堆與棧實際上是操作系統對進程佔用的內存空間的兩種管理方式,主要有如下幾種區別:
(1)管理方式不同。棧由操作系統自動分配釋放,無需我們手動控制;堆的申請和釋放工作由程序員控制,容易產生內存泄漏;

(2)空間大小不同。每個進程擁有的棧的大小要遠遠小於堆的大小。理論上,程序員可申請的堆大小爲虛擬內存的大小,進程棧的大小 64bits 的 Windows 默認 1MB,64bits 的 Linux 默認 10MB;

(3)生長方向不同。堆的生長方向向上,內存地址由低到高;棧的生長方向向下,內存地址由高到低。

(4)分配方式不同。堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是由操作系統完成的,比如局部變量的分配。動態分配由alloca函數進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由操作系統進行釋放,無需我們手工實現。

(5)分配效率不同。棧由操作系統自動分配,會在硬件層級對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是由C/C++提供的庫函數或運算符來完成申請與管理,實現機制較爲複雜,頻繁的內存申請容易產生內存碎片。顯然,堆的效率比棧要低得多。

(6)存放內容不同。棧存放的內容,函數返回地址、相關參數、局部變量和寄存器內容等。當主函數調用另外一個函數的時候,要對當前函數執行斷點進行保存,需要使用棧來實現,首先入棧的是主函數下一條語句的地址,即擴展指針寄存器的內容(EIP),然後是當前棧幀的底部地址,即擴展基址指針寄存器內容(EBP),再然後是被調函數的實參等,一般情況下是按照從右向左的順序入棧,之後是被調函數的局部變量,注意靜態變量是存放在數據段或者BSS段,是不入棧的。出棧的順序正好相反,最終棧頂指向主函數下一條語句的地址,主程序又從該地址開始執行。堆,一般情況堆頂使用一個字節的空間來存放堆的大小,而堆中具體存放內容是由程序員來填充的。

從以上可以看到,堆和棧相比,由於大量malloc()/free()或new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片,並且可能引發用戶態和核心態的切換,效率較低。棧相比於堆,在程序中應用較爲廣泛,最常見的是函數的調用過程由棧來實現,函數返回地址、EBP、實參和局部變量都採用棧的方式存放。雖然棧有衆多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的內存空間,主要還是用堆。

無論是堆還是棧,在內存使用時都要防止非法越界,越界導致的非法內存訪問可能會摧毀程序的堆、棧數據,輕則導致程序運行處於不確定狀態,獲取不到預期結果,重則導致程序異常崩潰,這些都是我們編程時與內存打交道時應該注意的問題。

  1. 堆空間的內存是動態分配的,一般存放對象,並且需要手動釋放內存。當然,iOS引入了ARC(自動引用計數管理技術)之後,程序員就不需要用代碼管理對象的內存了,之前MRC(手動管理內存)的時候,程序員需要手動release對象。另外,ARC只是一種中間層的技術,雖然在ARC模式下,程序員不需要像之前那麼麻煩管理內存,但是需要遵循ARC技術的規範操作,比如使用屬性限定符weak、strong、assigen等。因此,如果程序員沒有按ARC的規則併合理的使用這些屬性限定符的話,同樣是會造成內存泄漏的。

  2. 棧空間的內存是由系統自動分配,一般存放局部變量,比如對象的地址等值,不需要程序員對這塊內存進行管理,比如,函數中的局部變量的作用範圍(生命週期)就是在調完這個函數之後就結束了。這些在系統層面都已經限定住了,程序員只需要在這種約束下進行程序編程就好,根本就沒有把這塊內存的管理權給到程序員,肯定也就不存在讓程序員管理一說。

  3. 從申請的大小方面講:
    棧空間比較小;
    堆空間比較大。

  4. 從數據存儲方面來說:
    棧空間中一般存儲基本數據類型,對象的地址;
    堆空間一般存放對象本身,block的copy等。

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