课程开始之前，考虑如下的代码：

let s = "hello, world".to_string();

• "hello, world"是一个字面常量（string literal），在编译阶段被存储到可执行文件的 .RODATA 段（GCC）或者 .RDATA 段（VC++）；程序加载时，获得一个固定的内存地址。

• to_string方法会在堆上分配一块空间，并把 hello, world 逐字节拷贝过去。

• 赋值语句（或者说变量绑定）将堆上数据赋值给 s 时，s 作为栈上的变量，它需要知道堆上数据的内存地址、堆上已分配空间的容量、数据实际占用的长度。所以，s 拥有三个内存字（word），分别用来存储这三个信息。64 位系统上，一个 word 为 8 字节；32 位系统商，一个 word 为 4 字节。

堆和栈上分别存储什么样的数据？或者说开发时，如何确定哪些数据或内容存放在堆上，哪些存放在栈上？

01-栈

栈是程序运行的基础。在计算机内存中，栈是自顶向下（高地址向低地址）扩张的，堆是自底向上扩张的。

当函数被调用时，会在栈顶分配一块连续的空间，称为栈帧（frame）。栈帧中保存有函数调用时寄存器等上下文的值，并在函数调用结束时用这些值来恢复寄存器等上下文的内容。

如何确定栈帧大小，或者说在函数调用时，需要在栈中分配多少连续的空间？这在编译时可以确定。编译时，函数是最小的编译单元。编译器知道，在函数执行时需要哪些寄存器、会定义哪些局部变量。寄存器的大小是固定的，局部变量大小也必须是编译时可知的，以便编译器可以预留空间。

由此可以得出以下结论：

在编译时，一切无法确定大小或者大小可以改变的数据，都无法安全地放在栈上，最好放在堆上.

根据上面的结论，我们可以知道哪些数据存放在堆上，哪些数据存放在栈上。在文章开头的例子中，我们也能明白为什么 Rust 中的 String 类型的变量会使用三个内存字的胖指针指向堆上的一块空间。

数据存放在栈上的优点与不足：

• 栈的内存分配是非常高效的。分配与回收仅需要改动指针即可，不涉及额外计算、不涉及系统调用，仅修改寄存器。

• 局限性（感觉不能称之为缺点）是过大的栈内存分配会导致栈溢出，特别注意递归调用问题。

• 另外一个局限性就是，栈帧的大小是固定的，不能处理动态增长的内存。

02-堆

当需要动态大小的内存时，只能使用堆，例如可变长度的数组、列表、哈希表、字典等。

在堆上分配内存时往往分配的空间（容量）会大于实际需要，换句话说会预先多分配一部分内存，主要是因为堆内存分配会调用系统调用，代价昂贵，要避免频繁调用。

除了动态大小的内存需要分配在堆上，动态声明周期的内存也需要分配在堆上。存储在栈中的局部变量会随着栈帧的回收而被释放，所以栈上变量的声明周期是不受开发者控制的，且局限在当前调用方法内部。堆上分配的内存需要显式地释放，使得其具有更灵活性的生命周期，也可以在多个栈帧（或者说多个方法）之间共享。

数据存放在堆上的优点和不足：

• 堆内存的申请和释放比较灵活，可由开发人员自由掌控。

• 如果堆内存的释放完全依赖使用者，则极容易出现内存泄漏；甚至不恰当地使用或释放堆内存，还会发生使用已释放内存（use after free）、堆越界等内存安全问题。

如何解决堆内存管理问题，不同的语言选择了不同的方案。

• Java 使用 GC 来处理堆内存的回收。GC 是一种追踪式垃圾回收方法，来自动管理堆内存（主要是回收）。

• Object C 和 Swift 使用自动引用计数来管理堆内存。

GC 在内存分配和回收时无需额外的操作，因此效率较高。而 Arc 在分配和回收时需要处理引用计数值，因此效率较 GC 低。但是，GC 会存在 STW 问题。

我们使用 Android 手机偶尔感觉卡顿，而 iOS 手机却运行丝滑，大多是这个原因。

GC 分配和释放内存的效率和吞吐量要比 ARC 高，但因为偶尔的高延迟，导致被感知的性能比较差，所以会给人一种 GC 不如 ARC 性能好的感觉。

03-思考题

1. 如果有一个数据结构需要在多个线程中访问，可以把它放在栈上吗？为什么？

不可以。栈是线程独占的内存空间，无法在线程之间共享。

可以使用指针引用栈上的某个变量吗？如果可以，在什么情况下可以这么做？

可以。在栈上创建一个指针，指向栈上的变量。例如：

let s = 10;let s1 = &s;       // s1 为 s 的指针

创建的指针仅可在当前方法中可用，不可传递到其他方法中。否则，会发生使用已释放内存。

本节课程链接《01｜内存：值放堆上还是放栈上，这是一个问题》