iOS程序中的内存分配 栈区堆区全局区

前言：

      堆(heap)和栈(stack)是C/C++编程不可避免会碰到的两个基本概念。首先，这两个概念都可以在讲数据结构的书中找到，他们都是基本的数据结构，虽然栈更为简单一些。 在具体的C/C++编程框架中，这两个概念并不是并行的。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。 

在计算机系统中，运行的应用程序的数据都是保存在内存中的，不同类型的数据，保存的内存区域不同。
一、内存分区

    1、栈区(stack) 由编译器自动分配并释放，存放函数的参数值，局部变量等。栈是系统数据结构，对应线程/进程是唯一的。

      优点是快速高效，缺点时有限制，数据不灵活。［先进后出］栈空间分静态分配 和动态分配两种。

1.  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。 栈的动态分配无需释放(是自动的)，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！

   
   2、堆区(heap) 由程序员分配和释放，如果程序员不释放，程序结束时，可能会由操作系统回收 ，比如在ios 中 alloc 都是存放在堆中。
   优点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。［顺序随意］
   

    堆是函数库内部数据结构，不一定唯一。 不同堆分配的内存无法互相操作。 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。

   3、全局区(静态区) (static) 全局变量和静态变量的存储是放在一起的，初始化的全局变量和静态变量存放在一块区域，未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域，程序结束后有系统释放。

   注意：全局区又可分为未初始化全局区：     .bss段和初始化全局区：data段。     举例：int a;未初始化的。int a = 10;已初始化的。

   
   4、文字常量区 存放常量字符串，程序结束后由系统释放

   5、程序代码区 存放函数的二进制代码

   例子代码：
   

    int a = 10;  全局初始化区  char *p;  全局未初始化区 main{   int b; 栈区   char s[] = "abc" 栈   char *p1; 栈    char *p2 = "123456";  123456\\\\0在常量区，p2在栈上。   static int c =0； 全局（静态）初始化区    w1 = (char *)malloc(10);    w2 = (char *)malloc(20);    分配得来得10和20字节的区域就在堆区。  }

   
   

   二、申请后的系统响应

   1. 栈：存储每一个函数在执行的时候都会向操作系统索要资源，栈区就是函数运行时的内存，栈区中的变量由编译器负责分配和释放，内存随着函数的运行分配，随着函数的结束而释放，由系统自动完成。

      注意：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。

   2. 堆：
      1.首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表。
      2.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。
      3 .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 

   三、 申请大小的限制

   1. 栈：栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，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。

   2. 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。
      

      
      

   栈：由系统自动分配，速度较快，不会产生内存碎片
   堆：是由alloc分配的内存，速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便

   打个比喻来说： 

   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。

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