Swift堆和栈的理解

Question

Swift堆和栈的理解

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我想了解在Swift中存储在栈和堆中的内容。我有一个大概的估计：所有打印出来并显示内存地址而非具体值的对象都存储在栈中，所有打印出来作为具体值的对象都存储在堆中，这基本上取决于值类型和引用类型。我的理解完全错误吗？如果可以的话，能否提供栈/堆的可视化表示？

- Dániel Nagy

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这个演示介绍了Swift在堆和栈上的一些用法：https://realm.io/news/andy-matuschak-controlling-complexity/。简而言之，在Swift中，你不能像在C语言中那样假设一个值或引用最终会在堆还是栈上。 - Krzysztof Szafranek

4个回答

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类（引用类型）是分配在堆上的，值类型（例如结构体、字符串、整数、布尔等）存储在栈中。有关更详细的答案，请参见此主题：为什么选择结构体而不是类？

- Juul

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这已经不是真的了。Swift可以优化一些分配，使它们成为堆栈分配，当它可以证明值不会逃逸时。值类型和引用类型是一个概念上的差异，它并不取决于值被分配到哪里。 - russbishop

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谢谢你的提问。这是翻译的结果：@russbishop 谢谢你的澄清。是否有一个网页链接，更详细地解释了你提到的优化方法？ - code4latte

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@russbishop 肯定会感激附带解释的链接。 - rommex

这种优化被称为“堆栈提升”。我在网上找不到任何概述其行为的文章，但如果你感兴趣，可以查阅Swift源代码。 - Dmitry Serov

补充@russbishop的观点：当值类型进入堆（称为装箱）时，还有几种情况，而引用保留在堆栈上（称为堆栈提升）。我发现这篇不错的文章对此进行了解释。 - Leonid Silver

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堆栈 vs 堆

堆栈是线程的一部分。它按LIFO顺序包含方法（函数）帧。方法帧仅包含本地变量。实际上，这是您在调试或分析错误时看到的方法堆栈跟踪^[关于]。

堆是内存的另一个部分，ARC^[关于]在其中发挥作用。在这里分配内存需要更长时间（查找适当位置并以同步方式分配内存）。

这些概念与[JVM说明图]相同

Xcode为您提供了下一个选项使用Debug Memory Graph

* 要查看回溯，请使用：

Edit Scheme... -> <Action> -> Diagnostics -> Malloc Stack Logging

[值类型 vs 引用类型]
[类 vs 结构体]

- yoAlex5

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通常当我们问这样的问题（是栈还是堆）时，我们关心性能，并且受到避免堆分配过度成本的愿望的驱动。遵循“引用类型被分配到堆上，值类型被分配到栈上”的通用规则可能会导致次优化的设计决策，并需要进一步讨论。

有人可能错误地得出结论，传递结构体（值类型）普遍比传递类（引用类型）更快，因为它永远不需要堆分配。事实证明这并不总是正确的。

重要的反例是协议类型，其中具有值语义（结构体）的具体多态类型实现了一个协议，就像在这个玩具示例中一样：

protocol Vehicle {
    var mileage: Double { get }
}

struct CombustionCar: Vehicle {
    let mpg: Double
    let isDiesel: Bool
    let isManual: Bool
    var fuelLevel: Double    // gallons
    var mileage: Double { fuelLevel * mpg }
}

struct ElectricCar: Vehicle {
    let mpge: Double
    var batteryLevel: Double // kWh
    var mileage: Double { batteryLevel * mpge / 33.7 }
}

func printMileage(vehicle: Vehicle) {
    print("\(vehicle.mileage)")
}

let datsun: Vehicle = CombustionCar(mpg: 18.19,
                                        isDiesel: false,
                                        isManual: false,
                                        fuelLevel: 12)
let tesla: Vehicle = ElectricCar(mpge: 132,
                                 batteryLevel: 50)
let vehicles: [Vehicle] = [datsun, tesla]
for vehicle in vehicles {
    printMileage(vehicle: vehicle)
}

注意，CombustionCar和ElectricCar对象的大小不同，但我们能够将它们混合在一个Vehicle协议类型的数组中。这引出了一个问题：容器元素难道不需要具有相同的大小吗？如果编译器无法始终知道元素大小，它如何计算数组元素的偏移量？

事实证明底层有很多逻辑。Swift编译器会创建所谓的Existential Container。它是一个固定大小的数据结构，作为对象的包装器。它被传递给函数调用(压入堆栈)而不是实际的结构体。 Existential Container由五个单词组成。

|           |
|valueBuffer|
|           |
|    vwt    |
|    pwt    |

前三个字被称为valueBuffer，这是实际结构体存储的地方。不过，如果结构体大小大于三个字，则编译器会在堆上分配结构体，并将引用存储在valueBuffer中：

    STACK                  STACK              HEAP

|   mpge     |         |  reference |-->|     mpg     |
|batteryLevel|         |            |   |   isDiesel  |
|            |         |            |   |   isManual  |
|    vwt     |         |     vwt    |   |   fuelLevel |
|    pwt     |         |     pwt    |

如此将协议类型对象传递给函数可能需要堆分配。编译器会进行分配和复制操作，以便您仍然可以获得值语义，但成本将取决于结构体是否长达3个字长。这使得“值类型在栈上，引用类型在堆上”并不总是正确的。

- Hubert Pietrzykowski

感谢你做出这样深入的解释，真的很棒！我想更多地了解它，如果你能分享任何有用的资源，我也将非常感激。 - joliejuly

非常好的解释，Hubert。你能否提供一些文档链接来说明这些知识的来源？让我们让你的答案经得起时间的考验。 - rojarand

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@joliejuly 这里有一个很好的解释：https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/416/ - rojarand

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Jaydeep Vyas · Accepted Answer

正如@Juul所述，引用类型存储在堆中，而值类型存储在栈中。

以下是解释： 栈和堆 栈用于静态内存分配，堆用于动态内存分配，两者都存储在计算机的RAM中。

在栈上分配的变量直接存储到内存中，对该内存的访问非常快，并且其分配在编译程序时确定。当一个函数或方法调用另一个函数，该函数又调用另一个函数等等，所有这些函数的执行都保持挂起，直到最后一个函数返回其值。栈始终以LIFO顺序保留，最近保留的块始终是下一个要释放的块。这使得跟踪栈非常简单。从栈中释放块只是调整一个指针。

在堆上分配的变量在运行时分配其内存，访问此内存较慢，但堆的大小仅受虚拟内存大小的限制。堆的元素彼此之间没有依赖关系，可以随时任意访问。您可以随时分配块并释放它。这使得跟踪堆的哪些部分在任何给定时间分配或空闲更加复杂。

对于逃逸闭包：需要记住的一点是，在捕获在栈上存储的值的情况下，该值将被复制到堆中，以便在执行闭包时仍然可用。

更多参考信息：http://net-informations.com/faq/net/stack-heap.htm