堆、栈以及静态区域的区别

一、内存基本构成
可编程内存在基本上分为这样的几大部分：静态存储区、堆区和栈区。他们的功能不同，对他们使用方式也就不同。

• 堆区：亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在适当的时候用free或delete释放内存。动态内存的生存期可以由我们决定，如果某动态内存不再使用，需要将其释放掉，否则就会发生内存泄漏现象。
  (OC中对象存储于堆中，当对象的应用计数为0时自动释放该对象)

• 栈区：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
  (OC中 非对象 的 变量 都存在栈中)

• 静态存储区：内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。它主要存放静态数据、全局数据和常量。

二、使用时需注意的规则

• 【规则1】用malloc 或new 申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。
• 【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
• 【规则3】避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
• 【规则4】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
• 【规则5】用free 或delete 释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生野指针。

三、堆与栈的讨论

1、管理方式：

• 堆中资源由程序员控制（容易产生memory leak），
• 栈中资源由编译器自动管理，无需手工控制。

2、系统响应：

• 对于堆，应知道系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，删除空闲结点链表中的该结点，并将该结点空间分配给程序（大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小，这样delete才能正确释放本内存空间，另外系统会将多余的部分重新放入空闲链表中）。
• 对于栈，只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，否则报异常提示栈溢出。

3、空间大小：

• 堆是不连续的内存区域（因为系统是用链表来存储空闲内存地址），堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存（32bit系统理论上是4G），所以堆的空间比较灵活，比较大。
• 栈是一块连续的内存区域，大小是操作系统预定好的，windows下栈大小是2M（也有是1M，在编译时确定，VC中可设置）。

4、碎片问题：

• 对于堆，频繁的new/delete会造成大量碎片，使程序效率降低。
• 对于栈，它是一个先进后出的队列，进出一一对应，不会产生碎片。

5、生长方向：

• 堆向上，向高地址方向增长。
• 栈向下，向低地址方向增长。

6、分配方式：

• 堆都是动态分配（没有静态分配的堆）。
• 栈有静态分配和动态分配，
  静态分配由编译器完成（如局部变量分配），
  动态分配由alloca函数分配，但栈的动态分配的资源由编译器进行释放，无需程序员实现。

7、分配效率：

• 堆由C/C++函数库提供，机制很复杂。所以堆的效率比栈低很多。
• 栈是基于系统提供的数据结构，计算机在底层对栈提供支持，分配专门寄存器存放栈地址，栈操作有专门指令

四、为什么要把堆和栈区分出来

1、从软件设计的角度看，栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据。这种隔离、模块化的思想，使得处理逻辑更为清晰

2、使得堆中的内容可以被多个栈共享（也可以理解为多个线程访问同一个对象）

• 一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如：共享内存)
• 另一方面，堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问，节省了空间

3、使得动态增长成为可能，相应栈中只需记录堆中的一个地址即可

栈因为运行时的需要，比如保存系统运行的上下文，需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长，因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同，堆中的对象是可以根据需要动态增长的

4、面向对象就是堆和栈的完美结合。

对象的属性其实就是数据，存放在堆中；而对象的行为（方法），就是运行逻辑，放在栈中。我们在编写对象的时候，其实即编写了数据结构，也编写的处理数据的逻辑