堆和棧都是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能在一端(稱為棧頂(top))對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行插入和刪除。堆，隊(duì)列優(yōu)先,先進(jìn)先出(FIFO—first in first out);棧，先進(jìn)后出(FILO—First-In/Last-Out)。一般情況下，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，而不是堆。

堆棧空間分配

1. 棧區(qū)(stack):由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量等值。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
2. 堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，則可能會(huì)引起內(nèi)存泄漏。其類似于鏈表。

堆棧緩存方式

iOS 中應(yīng)用程序使用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存不是統(tǒng)一分配空間，運(yùn)行代碼使用的空間在三個(gè)不同的內(nèi)存區(qū)域，分成三個(gè)段：“text segment “，“stack segment ”，“heap segment ”。

代碼區(qū)(text segment )：是應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)應(yīng)用程序代碼存在的內(nèi)存段，運(yùn)行前就已經(jīng)確定(編譯時(shí)確定)，通常為只讀的。代碼區(qū)的指令中包括操作碼和要操作的對(duì)象(或?qū)ο蟮刂芬?，代碼區(qū)指令根據(jù)程序設(shè)計(jì)流程依次執(zhí)行，每一個(gè)指令，每一個(gè)單個(gè)函數(shù)、過程、方法和執(zhí)行代碼都存在這個(gè)內(nèi)存段中直到應(yīng)用程序退出。一般使用中很少涉及。

棧(Stack)：當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)值類型，如結(jié)構(gòu)體，系統(tǒng)將其存儲(chǔ)在一個(gè)被稱為棧的內(nèi)存區(qū)域中，是由CPU直接管理和優(yōu)化的。當(dāng)一個(gè)函數(shù)聲明一個(gè)變量，變量將存儲(chǔ)在棧中，當(dāng)函數(shù)調(diào)用完畢后棧會(huì)自動(dòng)釋放該變量。因此棧是非常易于管理的、有效的，由于是CPU直接控制，速度非?？?。

堆(Heap)：當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)引用類型，如類，系統(tǒng)將把類實(shí)例存儲(chǔ)在一個(gè)被稱為堆的內(nèi)存區(qū)域中。系統(tǒng)使用堆來存儲(chǔ)其他對(duì)象引用的數(shù)據(jù)。堆是一個(gè)大的內(nèi)存池，系統(tǒng)可以從該池中請(qǐng)求并動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存塊。堆不會(huì)像棧一樣自動(dòng)釋放對(duì)象，需要額外的工作來完成。這使得在堆中創(chuàng)建和刪除數(shù)據(jù)比棧慢。

棧使用的是一級(jí)緩存， 他們通常都是被調(diào)用時(shí)處于存儲(chǔ)空間中，調(diào)用完畢立即釋放。堆則是存放在二級(jí)緩存中，生命周期由虛擬機(jī)的垃圾回收算法來決定(并不是一旦成為孤兒對(duì)象就能被回收)。所以調(diào)用這些對(duì)象的速度要相對(duì)來得低一些。

stack 中的一個(gè)指針僅僅是一個(gè)整型變量，保存了heap(堆)中特定內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，操作系統(tǒng)使用stack 段中的指針值訪問heap 段中的對(duì)象。如果stack 對(duì)象的指針沒有了，則heap 中的對(duì)象就不能訪問。這也是內(nèi)存泄露的原因。

在iOS 操作系統(tǒng)的stack 段和heap 段中，你都可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)對(duì)象。stack 對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)主要有兩點(diǎn)，一是創(chuàng)建速度快，二是管理簡(jiǎn)單，它有嚴(yán)格的生命周期。stack 對(duì)象的缺點(diǎn)是它不靈活。創(chuàng)建時(shí)長(zhǎng)度是多大就一直是多 大，創(chuàng)建時(shí)是哪個(gè)函數(shù)創(chuàng)建的，它的owner 就一直是它。不像heap 對(duì)象那樣有多個(gè)owner ，其實(shí)多個(gè)owner 等同于引用計(jì)數(shù)。只有 heap 對(duì)象才是采用“引用計(jì)數(shù)”方法管理它。

堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)別

• 堆(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序。
• 棧(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))：一種先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

堆和棧究竟有什么區(qū)別? 主要的區(qū)別由以下幾點(diǎn)：

1、管理方式不同;

管理方式：對(duì)于棧來講，是由編譯器自動(dòng)管理，無需我們手工控制;對(duì)于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。

2、空間大小不同;

空間大?。簵Ｊ且粔K空間較小，但是運(yùn)行速度很快的內(nèi)存區(qū)域。棧上的內(nèi)存分配遵循后進(jìn)先出的原則，通過移動(dòng)棧的尾指針實(shí)現(xiàn) push(入棧)和 pop(出棧)操作。我們的程序是由一個(gè)個(gè)方法組成的，CPU 會(huì)負(fù)責(zé)調(diào)度并執(zhí)行這些方法。當(dāng)我們的程序執(zhí)行到某個(gè)方法的時(shí)候，需要在棧上為方法需要的內(nèi)存開辟空間，此時(shí)把棧的尾指針向棧底移動(dòng)。當(dāng)方法執(zhí)行完畢后需要釋放掉這些空間，此時(shí)會(huì)把棧的尾指針移向棧頂，這就完成了一次棧上的內(nèi)存分配。只要棧的剩余空間大于stack 對(duì)象申請(qǐng)創(chuàng)建的空間，操作系統(tǒng)就會(huì)為程序提供這段內(nèi)存空間，否則將報(bào)異常提示棧溢出。

堆是內(nèi)存中的另一塊區(qū)域，空間比棧大的多，但是運(yùn)行速度要比棧上的運(yùn)行速度慢。堆可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的分配內(nèi)存，補(bǔ)充棧上內(nèi)存分配的不足。一般來講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個(gè)角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。

操作系統(tǒng)對(duì)于內(nèi)存heap 段是采用鏈表進(jìn)行管理的。操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)的heap 節(jié)點(diǎn)，然后將該節(jié)點(diǎn)從空閑節(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該節(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。iOS使用了名為 ARC(自動(dòng)引用計(jì)數(shù))的技術(shù)。在多線程環(huán)境中，多個(gè)線程會(huì)共享堆上的內(nèi)存，為了確保線程安全，不得不在堆上進(jìn)行加鎖操作，但是加鎖操作是很耗費(fèi)性能的，你在堆上所獲的的數(shù)據(jù)安全性實(shí)際上是在犧牲性能的代價(jià)下得來的。

NSString 的對(duì)象就是stack 中的對(duì)象，NSMutableString 的對(duì)象就是heap 中的對(duì)象。前者創(chuàng)建時(shí)分配的內(nèi)存長(zhǎng)度固定且不可修改;后者是分配內(nèi)存長(zhǎng)度是可變的，可有多個(gè)owner, 適用于計(jì)數(shù)管理內(nèi)存管理模式。

3、能否產(chǎn)生碎片不同;

碎 片問題：對(duì)于堆來講，頻繁的new/delete勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對(duì)于棧來講，則不會(huì)存在這個(gè)問題，因 為棧是先進(jìn)后出的隊(duì)列，他們是如此的一一對(duì)應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個(gè)內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出。

4、生長(zhǎng)方向不同;

生長(zhǎng)方向：對(duì)于堆來講，生長(zhǎng)方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向;對(duì)于棧來講，它的生長(zhǎng)方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長(zhǎng)。

5、分配方式不同;

分配方式：堆都是動(dòng)態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的，他的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無需我們手工實(shí)現(xiàn)。

6、分配效率不同;

分 配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)會(huì)在底層對(duì)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(zhí)行，這就決定了棧的效率比較 高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會(huì)按照一定的算法(具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng))在堆內(nèi) 存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間(可能是由于內(nèi)存碎片太多)，就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就有機(jī)會(huì)分到 足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量new/delete的使用，容 易造成大量的內(nèi)存碎片;由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低;由于可能引發(fā)用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請(qǐng)，代價(jià)變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣 泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地址，局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用 堆。

但缺點(diǎn)是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數(shù)據(jù)在多個(gè)線程或者多個(gè)棧之間是不可以共享的，但是在棧內(nèi)部多個(gè)值相等的變量是可以指向一個(gè)地址的。和堆相比不是那么靈活，有時(shí)候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。無論是堆還是 棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生(除非你是故意使其越界)，因?yàn)樵浇绲慕Y(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié)果,就算是在你的程 序運(yùn)行過程中，沒有發(fā)生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時(shí)候就崩掉了。

Swift中的使用

Swift 中的數(shù)據(jù)類型分為引用類型(類)和值類型(枚舉、結(jié)構(gòu)體)。引用類型存儲(chǔ)在 “堆” 上，值類型存儲(chǔ)在 “棧” 上。Swift 管理引用類型采用自動(dòng)引用計(jì)數(shù)(ARC)的管理方法。值類型是由處理器來管理的，不需要程序員來管理。

在 Swift 中，典型的有 struct，enum，以及 tuple 都是值類型。而平時(shí)使用的Int，Double，F(xiàn)loat，String，Array，Dictionary，Set 其實(shí)都是用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的，也是值類型。Swift 中，值類型的賦值為深拷貝(Deep Copy)，值語義(Value Semantics)即新對(duì)象和源對(duì)象是獨(dú)立的，當(dāng)改變新對(duì)象的屬性，源對(duì)象不會(huì)受到影響，反之同理。

在 Swift 中，class 和閉包是引用類型。引用類型的賦值是淺拷貝(Shallow Copy)，引用語義(Reference Semantics)即新對(duì)象和源對(duì)象的變量名不同，但其引用(指向的內(nèi)存空間)是一樣的，因此當(dāng)使用新對(duì)象操作其內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，源對(duì)象的內(nèi)部數(shù)據(jù)也會(huì)受到影響。

值類型作為參數(shù)傳入時(shí)，函數(shù)體內(nèi)部不能修改其值。引用類型作為參數(shù)傳入時(shí)，函數(shù)體內(nèi)部不能修改其指向的內(nèi)存地址，但是可以修改其內(nèi)部的變量值。

值類型的優(yōu)點(diǎn)是：不變性，值類型的變量是嚴(yán)格的被一個(gè)所有者控制的;獨(dú)立性，引用類型是相互依賴的，是一種隱式的依賴;還有可交換性。

對(duì)于面向?qū)ο缶幊蹋捎趯?shí)例對(duì)象是可變的，導(dǎo)致對(duì)象的另一個(gè)享有者在合適的時(shí)候會(huì)去改變這個(gè)對(duì)象的屬性。swift支持類的單繼承，導(dǎo)致從多個(gè)class繼承到更多地功能，增加了復(fù)雜度，并且會(huì)導(dǎo)致class緊耦合的問題。在多線程情況下，可以同時(shí)改變同一個(gè)引用。

選擇值類型而不是引用類型的一個(gè)主要原因是能讓你的代碼變得更加簡(jiǎn)單。Swift的核心是面向協(xié)議，引用類型有許多的享有者。值類型被賦給一個(gè)變量或者常量，傳給函數(shù)做參數(shù)時(shí)是它的值被拷貝的。這就讓值類型在任何時(shí)候只有一個(gè)享有者，從而降低復(fù)雜度。你在任何情況下用一個(gè)值類型，都能夠假設(shè)你的其他代碼不會(huì)使它改變，這通常在多線程環(huán)境中很有用，如果一個(gè)線程中使用的數(shù)據(jù)被另一個(gè)線程給意外的修改了，這通常會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的Bug，且相當(dāng)難以調(diào)試。Class = 高復(fù)雜度，值 = 低復(fù)雜度。而且，swift對(duì)值類型的操作上進(jìn)行了一些優(yōu)化，因此才有了swift大量使用值類型代替引用類型的說法。

由于只有當(dāng)你需要修改數(shù)據(jù)時(shí)兩者的區(qū)別才會(huì)得到體現(xiàn)，所以當(dāng)你的實(shí)例不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時(shí)候，值類型和引用類型看起來是完全相同的。你也許會(huì)想，寫一個(gè)完全不可變的類，通過使用不可變的存儲(chǔ)屬性，以及避免暴露修改數(shù)據(jù)的接口，從而在Swift里實(shí)現(xiàn)一個(gè)不可變的類。事實(shí)上，大多數(shù)的Cocoa類，比如NSURL等，都被設(shè)計(jì)為不可變的類，然而，Swift當(dāng)前并沒有提供任何語言機(jī)制去強(qiáng)制申明一個(gè)類不可改變(比如子類化就能修改一個(gè)類的實(shí)現(xiàn))，只有結(jié)構(gòu)體和枚舉才是強(qiáng)制不可變的。

在Swift里，Array、String和Dictionary都是值類型，他們的行為和C語言中的int類似，每個(gè)實(shí)例都有自己的數(shù)據(jù)，你不需要額外做任何事情，比如做一個(gè)顯式的copy，防止其他代碼在你不知情的情況下修改等，更重要的是，你能安全地在線程間傳遞它，而不需要使用同步技術(shù)。在提高安全性的精神下，這個(gè)模型將幫助你在Swift中寫出更多可預(yù)知的代碼。

除此之外，Swift和OC還有其他的類型對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

但是，需要關(guān)注的是，對(duì)于原來OC中的數(shù)據(jù)的引用類型，swift中并沒有真正完全的實(shí)現(xiàn)一套數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邏輯。只是內(nèi)部保存了對(duì)oc對(duì)象的引用，使得swift api訪問時(shí)行為邏輯和值類型一致。