• 数据在内存中的存储


    程序的内存分配   

    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,不同类型的数据,保存的内存区域不同,包括:
        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。其操作方式类似于数据结构中的栈。
        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OS回收。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]: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:存放常量字符穿。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。
        6、寄存器区:用来保存栈顶指针和指令指针(汇编操作)

    示例:

     1 int a = 0; // 全局初始化区
     2 char *p1;   // 全局未初始化区
     3 
     4 int main(void) {
     5     int e; // 栈区
     6     char d[] = "Kingdev"; // 栈区
     7     char *p2; // 栈区
     8     char *p3 = "98765"; // 98765/0 在常量区,p3在栈区
     9     static int c = 0; // 全局区[静态区]
    10     strcpy(p1, "98765"); // 98765/0 放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的“98765”优化成一个地方。
    11     p1 = (char *)malloc(10); // 分配得来得10字节的区域就在堆区
    12     p2 = (char *)malloc(20); // 分配得来得20字节的区域就在堆区
    13 }

    (一)栈区中的数据
        1、应用程序启动后,操作系统会为应用程序在栈区中开辟内存空间,用于存放局部变量以及函数的参数等;
        2、iOS主线程栈区大小为1M,MAC主线程栈区大小为8M;
        3、栈区中的变量由编译器负责分配和释放;
        4、栈区中的数据以“栈”的形式管理的,后进先出(LIFO)
        5、访问栈区中变量的效率高,不会出现内存碎片
        6、栈区中的变量名(不带*)相当于是指向栈区数据的指针别名,变量名可以简化程序猿的工作。

    (二)堆区中的数据
        1、由于栈区中的空间有限,iOS的应用程序中,对象都是建立在堆中的;
        2、堆区包括系统内存和虚拟内存(硬盘缓存),由所有正在运行的应用程序共享使用
        3、堆区中的内存分配由操作系统负责,操作系统使用一个链表统一维护所有已经分配的内存记录
        4、由于堆区是由所有应用程序共享的,操作系统以匿名(只记录内存地址和大小,不记录具体类型)的方式记录已经分配的内存区域
        5、要访问堆区中的数据,必须通过指针的方式才可以进行,指针的类型决定了访问堆中的数据方式;
        6、当某一内存区域不再使用时,程序需要通知操作系统回收该内存区域,从而可以保证该内存区域被其他程序再次使用,否则,该区域将永远无法再次分配,这就是“内存泄露”;
        7、如果某一区域已经被释放,仍然试图访问该区域,会提示“坏内存访问”,这就是“野指针错误”
        8、相比较栈区,堆区中的效率要低很多,同时容易出现内存碎片
        9、相比较栈区,堆区中的访问方式更加灵活,对象占用的内存也可以更大

    (三)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,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,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

    (四)申请大小的限制

    栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。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。
     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。

    (五)申请效率的比较

    栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
     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。

    (六)堆和栈中的存储内容
     栈:   在函数调用时,第一个进栈的是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。

    (七)存取效率的比较

    1 char s1[]   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";  // aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;
    2 char *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; // 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。

    1 void main() {
    2     char a = 1;
    3     char c[] = "1234567890";
    4     char *p ="1234567890";
    5     a = c[1];
    6     a = p[1];
    7     return;
    8 }

    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。

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