iOS开发经验(15)-内存分配、变量、常量和修饰符

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  1. 内存分配
  2. 变量:全局与局部
  3. const,static,extern
  4. 结构体,枚举(typeof与typedef)
1. 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的,不同类型的数据,保存的内存区域不同。
引用计数:当创建对象或者指针指向这个对象时,此对象引用计数+1,不让它销毁,保证生命周期。当不指向该对象时,引用计数-1,直到计数为0,对象销毁,回收内存。

一、内存分区

  1. 栈区(stack) :由编译器自动分配并释放,存放函数的参数值,局部变量等。栈是系统数据结构,对应线程/进程是唯一的。
    优点是快速高效,缺点时有限制,数据不灵活。[先进后出]
    栈空间分静态分配 和动态分配两种。
 静态分配是编译器完成的,比如自动变量(auto)的分配。
 动态分配由alloca函数完成。
 栈的动态分配无需释放(是自动的),也就没有释放函数。
 为可移植的程序起见,栈的动态分配操作是不被鼓励的!
  1. 堆区(heap) 由程序员分配和释放,如果程序员不释放,程序结束时,可能会由操作系统回收 ,比如在ios 中 alloc 都是存放在堆中。
    优点是灵活方便,数据适应面广泛,但是效率有一定降低。[顺序随意]
 堆是函数库内部数据结构,不一定唯一。
 不同堆分配的内存无法互相操作。
 堆空间的分配总是动态的
虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统,但是精确的申请内存,释放内存匹配是良好程序的基本要素。
  1. 全局区(静态区) (static) 全局变量和静态变量的存储是放在一起的,初始化的全局变量和静态变量存放在一块区域,未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域,程序结束后有系统释放。
注意:全局区又可分为未初始化全局区:
     .bss段和初始化全局区:data段。
     举例:int a;未初始化的。int a = 10;已初始化的。

例子代码:

  int a = 10;  全局初始化区
  char *p;  全局未初始化区

 main{
   int b; 栈区
   char s[] = "abc" 栈
   char *p1; 栈 
   char *p2 = "123456";  123456\\0在常量区,p2在栈上。
   static int c =0; 全局(静态)初始化区 

   w1 = (char *)malloc(10); 
   w2 = (char *)malloc(20); 
   分配得来得10和20字节的区域就在堆区。 
 }
  1. 文字常量区 存放常量字符串,程序结束后由系统释放
  2. 程序代码区 存放函数的二进制代码

二、申请后的系统响应

栈:存储每一个函数在执行的时候都会向操作系统索要资源,栈区就是函数运行时的内存,栈区中的变量由编译器负责分配和释放,内存随着函数的运行分配,随着函数的结束而释放,由系统自动完成。

注意: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。
  • 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

三、 申请大小的限制

  1. 栈:栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,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。

  2. 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。

内存分配.png

栈:由系统自动分配,速度较快,不会产生内存碎片
堆:是由alloc分配的内存,速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便

2. 变量:全局与局部

1. 局部变量

  • 概念:
    局部变量就是定义在函数,生命周期也是在函数内,代码块和函数形参列表中的变量, 我们就称之为局部变量。

  • 作用范围:
    从定义的那一行开始一直直到遇到大括号结束或者遇到return为止

  • 特点:

  • 相同作用域范围内不能出现同名的局部变量

  • 不同作用域范围内出现同名的局部变量, 内部的局部变量会覆盖外部的局部变量

注意:
局部变量没有固定的初始化值, 如果没有对局部变量进行初始化, 那么局部变量中是一些随机的值, 所以在开发中千万不要使用未初始化的局部变量

  • 存储位置:
  • 局部变量存储在栈中, 当作用域结束系统会自动释放栈中的局部变量
  • 只要使用static修改局部变量之后, 当执行到定义局部变量的代码就会分配存储空间, 但是只有程序结束才会释放该存储空间
  • 当使用static来修饰局部变量, 那么会延长局部变量的生命周期, 并且会更改局部变量存储的位置 , 将局部变量从栈转移到静态区中
    应用场景:

2. 全局变量

  • 概念:
    写在函数,代码块,形参列表外的变量, 我们就称之为全局变量

  • 作用范围:
    从定义的那一行开始一直直到文件末尾(暂时这样认为)。可以在其他文件中访问的变量。

  • 特点:

  • 全局变量和局部变量可以同名

  • 如果存在和全局变量同名的局部变量, 那么局部变量会覆盖全局变量

注意:
全局变量如果没有进行初始化, 那么系统默认会将全局变量初始化为0

  • 存储位置:
    全局变量存储在静态区中, 他会随着程序的启动而创建, 随着程序的结束而结束。

3. 内部全局变量和外部全局变量

外部全局变量

  • 默认情况下所有的全局变量都是外部全局变量, 可以被其它文件访问的全局变量我们称之为外部全局变量

  • 外部全局变量特点:可以定义同名的外部全局变量

内部全局变量:

  • 内部全局变量, 只要给全局变量加上static关键字就是内部全局变量
  • 内部全局变量特点:也可以定义多个同名的内部全局变量。
3. const、staic、extern

1.const
我们在看一些大牛的第三方时,里面会出现很多const、static和extern,尤其是const和static,const和extern的结合使用,直接令很多小伙伴懵逼了,今天就详细讲解一下这三个关键字的正确使用方式。

const的作用和宏是很类似的,当有字符串常量的时候,苹果推荐我们使用const,苹果经常把常用字符串定义成const。

  • const仅仅用来修饰右边的变量(基本数据变量p,指针变量*p,对象变量)
  • 被const修饰的变量是只读的且是全局的。
    int * const p; // p:只读 *p:变量
    const int *p1; // *p1:只读 p1:变量
    int const *p2; // *p2:只读 p2:变量
    int const * const p3; // *p3:只读 p3:只读
    const int  * const p4; // *p4:只读 p4:只读

const开发中使用场景:

1. const和extern的使用
使用场景:在多个文件中经常使用的同一个字符串常量,可以使用extern与const组合。
开发时有个规定,为了避免重复报错,全局变量不能定义在自己的类中,我们需要自己创建一个全局文件管理全局东西。

在Const文件中声明与定义:

在.h 中声明:extern换成UIKIT_EXTERN,俩其实一样。苹果推荐使用UIKIT_EXTERN
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>
UIKIT_EXTERN  NSString *testStr1;//字符串能被修改
UIKIT_EXTERN  NSString * const testStr2;//字符串不能被修改
在.m 中定义(#import "Const.h")
#import "Const.h"
const NSString *testStr1 = @"const_test1";//字符串能被修改
NSString * const testStr2 = @"const_test2";//字符串不能被修改

使用:(比如在RunTimeViewController.h文件中使用)

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    extern NSString *testStr1;//先声明一下
    testStr1= @"change";
    NSLog(@"%@", testStr1);字符串被修改了

    extern NSString *const testStr2;
    testStr2 = @"change";
    NSLog(@"%@", testStr2); // 结果会报错
}

2.extern

  • 作用:

  • 用于声明一个外部全局变量,声明变量是其他文件的外部变量。

  • 不能定义变量

  • 声明只需要在使用变量之前声明就可以了

  • extern工作原理:
    先在当前文件查找有没有全局变量,没有找到,才会去其他文件查找。

声明和定义的区别:

  • 声明不会开辟存储空间
  • 定义会开辟存储空间

注意:UIKIT_EXTERN == extern

3. staic

作用:

  • 修饰局部变量:
    1.修饰局部变量,被static修饰局部变量,延长生命周期,整个应用程序都可以使用
    2.程序一启动就会分配,局部变量只会生成一份内存,只会初始化一次
  • 修饰全局变量
    1.全局变量被static修饰,全局变量的作用域就会被更改: 全局变量只能在当前文件下使用

static修饰变量注意点

  • 用于定义一个内部全局变量
  • 为了提高数据的安全性, 不让别人在其它文件中修改我们的全局变量
  • 只要用static修改的全局变量就是内部全局变量, 只能在当前文件中使用
  • 如果多个文件中存在同名的内部全局变量, 相互不会影响
  • 如果既有外部全局变量也有内部全局变量, 那么会优先访问内部全局变量

使用场景:

  • 单独使用
static NSString * name = @"name";
  • static与const联合使用:
    staic和const联合的作用:声明一个在本文件中静态的全局只读常量
开发使用场景:在一个文件中经常使用的字符串常量,可以使用static与const组合
// 开发中常用static修饰全局变量,只改变作用域
// 开发中声明的全局变量,有些不希望外界改动,只允许读取。比如一个基本数据类型不希望别人改动.
static const int a = 20;// 声明一个静态的全局只读常量,不能被修改否则会报错
// static修饰全局变量
static int number = 20;
如果在某方法内重复定义number的值,值会改变,在方法外还是原来的值。
NSString *str = @"str";//仅限本文件使用,字符串能被修改

// 如果 const修饰 * str1,表示* str1只读,str1还是能改变。
static NSString *str1 = @"str1"; //仅限本文件使用,字符串能被修改

// 如果 const修饰 * str2,表示* str2只读,str2还是能改变。
static const NSString *str2 = @"str2";//仅限本文件使用,字符串能被修改

// 开发中经常拿到str3修改值,因此用const修饰str3,表示str3只读,不允许修改。
static  NSString * const str3 = @"str3";//字符串不能被修改

总结:

  • 在iOS开发中请尽量多使用const、enum来代替宏定义(#define),随着项目工程的逐渐增大,过多的宏定义还可能影响项目的编译速度。

  • 为何不将上面常量直接导入pch文件?
    苹果不建议使用pch,pch的原理是将其中定义的宏或全局常量/变量等copy到每个执行文件(.m文件), 如果在其中定义全局常量, 则会报重复定义全局常量错误.

  • iOS项目中经常会用到一些常量字符串,如果单独的在一个.m中使用,可以用宏定义,可以用static + const 来规定一个字符串,比如最常用的cell的reuserID,一般我们很少会用到宏来修饰,因为宏不做检查,不会报编译错误,而且预编译的时候,会延长编译时间,苹果也不推荐我们大量的使用宏。

  • 查阅到很多第三方库和类似的苹果的用法,可以看到,很多加以区分的const字符串都会写到一个专门使用的类中,比如MJRefresh的MJRefreshConst.h 和 MJRefreshConst.m,这种写法有很多好处,其中之一就是:在规定全局变量,并且在其他地方引用的时候,容易造成字符串重复的问题,特别是在协同开发的过程中。因此,管理人员都是会规定好一个类来专门的管理这些 只读字符串 ,也就是MJRefreshConst 或者是上面的Const,这样的话,在引用过程中,直接import这个类就可以使用了,避免了很多不必要的麻烦。
    使用注释加以区分的话,能够把这些字符串分类管理,更加提高团队工作效率。

 用法总结:
 1. 在函数外,直接定义对象,不需要额外添加修饰符,对象可被修改; 一般形式的全局变量
 2. 只用static修饰,对象可以被修改,但是生命周期在APP运行期; 用static修饰就是静态变量(也叫全局静态变量),不用static修饰的就是全局非静态变量;
 修饰局部变量:让局部变量只初始化一次;局部变量在程序中只有一份内存;并不会改变局部变量的作用域,仅仅是改变了局部变量的生命周期(只到程序结束,这个局部变量才会销毁)
 修饰全局变量:全局变量的作用域仅限于当前文件
 
 3. 用const修饰:一般不定义在本文件内,字符串可以被修改,也可以不被修改(主要);用const修饰的就是常量;全局非静态/静态常量
 4. 用static,const一起修饰:全局静态常量,在本文件内字符串可以被修改,也可以不被修改(主要);

 常用的三种:
 1. static 修饰全局静态变量,比如cell的标识符
 2. static+const在本文件内使用,修饰不可变字符串,全局静态常量
 3. const在单独一个文件内使用,修饰字符串,变成不可变的常量。
 */
4. 宏

1. 宏
宏的常见用法:

  • 常见字符串抽成宏
  • 常见代码抽成宏

当有字符串常量的时候,苹果推荐我们使用const,苹果经常把常用字符串定义成const

宏与const的区别:

  • 编译时刻:宏是预编译(编译之前处理),const是编译阶段。
  • 编译检查:宏不做检查,不会报编译错误,只是替换,const会编译检查,会报编译错误。
  • 宏的好处:宏能定义一些函数,方法。 const不能。
  • 宏的坏处:使用大量宏,容易造成编译时间久,每次都需要重新替换。

注意:swift中, 苹果已经将宏杀掉, 所以项目开发中, 须用const代替宏.

宏定义:

  • 不带参数的宏定义:
    格式: #define 标示符 字符串(“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。)
    宏名的有效范围是从定义位置到文件结束。如果需要终止宏定义的作用域,可以用#undef命令。
    例子:
#define NAME @"henry"
  • 带参数的宏定义:
    对带参数的宏,在调用中,不仅要宏展开,而且要用实参去代换形参。
    格式:#define 宏名(形参表) 字符串
    例子1:
#define average(a, b) (a+b)/2

例子2:

#ifndef PrefixHeader_pch
#define PrefixHeader_pch

#define K_width [UIScreen mainScreen].bounds.size.width
#define K_height [UIScreen mainScreen].bounds.size.height
#define k_screenW ([UIScreen mainScreen].bounds.size.width)/(375)
#define k_screenH ([UIScreen mainScreen].bounds.size.height)/(667)

#endif /* PrefixHeader_pch */

例子3:

// 常见的常量:抽成宏
#define XMGAccount @"account"

#define XMGUserDefault [NSUserDefaults standardUserDefaults]

// 字符串常量
static NSString * const account = @"account";

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 偏好设置存储
    // 使用宏
    [XMGUserDefault setValue:@"123" forKey:XMGAccount];

    // 使用const常量
    [[NSUserDefaults standardUserDefaults] setValue:@"123" forKey:account];

}

注意:
1.宏名和参数列表之间不能有空格,否则空格后面的所有字符串都作为替换的字符串。
2.带参数的宏在展开时,只作简单的字符和参数的替换,不进行任何计算操作。所以在定义宏时,一般用一个小括号括住字符串的参数。并且计算结果最好也括起来防止错误。

#define Pow(a) ( (a) * (a) )

条件编译:
在很多情况下,我们希望程序的其中一部分代码只有在满足一定条件时才进行编译,否则不参与编译(只有参与编译的代码最终才能被执行),这就是条件编译。换句话说,在条件编译中,不满足条件的会直接被删去,并不会参与编译。
条件编译和宏定义经常一起使用。

//条件编译后面的条件表达式中不能识别变量,它里面只能识别常量和宏定义

 #if 条件1
  ...code1...
 #elif 条件2
  ...code2...
 #else
  ...code3...
 #endif
#define SCORE 67
#if SCORE > 90
    printf("优秀\n");
#elif SCORE > 60
    printf("良好\n");
#else
    printf("不及格\n");
#endif

#ifdef和#ifndef

#ifdef MACRO_Define  // 如果已定义MACRO_Define这个宏
    代码块1
#else
    代码块2
#endif

#ifndef MACRO_Define // 如果未定义MACRO_Define这个宏
    代码块1
#else
    代码块2
#endif

实际场景

#ifdef DEBUG
#define NSLog(FORMAT, ...) fprintf(stderr,"%s:%d\t  %s\n",[[[NSString stringWithUTF8String:__FILE__] lastPathComponent] UTF8String], __LINE__, [[NSString stringWithFormat:FORMAT, ##__VA_ARGS__] UTF8String]);
#else
#define NSLog(FORMAT, ...) nil
#endif
#ifdef DEBUG
#ifndef DLog
#   define DLog(fmt, ...) {NSLog((@"%s [Line %d] " fmt), __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__, ##__VA_ARGS__);}
#endif
#endif
5. 结构体,枚举(typeof与typedef)

理解

  • typeof 是一个一元运算,放在一个运算数之前,运算数可以是任意类型。可以理解为:我们根据typeof()括号里面的变量,自动识别变量类型并返回该类型。
    typeof 常见运用于Block中,避免循环引用发生的问题。
    用法:
//定义一个和self相同数据类型的bself ,并赋值为self,在block中使用
__weak typeof (self) weakSelf = self;

注意: typeof 括号中的值和等于后面的值是相同的类型。

__weak typeof(self.contentView) ws = self.contentView;
  • typedef:定义一种类型的别名,而不只是简单的宏替换。
    typedef 常用于命名(枚举和Block)

用法:
用法1-结构体

//结构体
typedef struct Myrect {
    float width;
    float height;
}myRect;

用法2-枚举

//枚举值 它是一个整形(int)  并且,它不参与内存的占用和释放,枚举定义变量即可直接使用,不用初始化.
//在代码中使用枚举的目的只有一个,那就是增加代码的可读性.
typedef NS_ENUM (NSUInteger,direction){
    left=0,
    right=1,
    top =2,
    down =3
};
typedef NS_ENUM (NSUInteger,direction_2){
    left2 = 0,
    right2 = 1 << 0,
    top2 = 1 << 1,
    down2 = 1 << 2
};

用法3-Block

//1.重新起个名字
typedef void(^PassValueBlock)(NSString *);
@interface BlockViewController : BaseViewController
//2.声明block属性
@property(nonatomic,copy)PassValueBlock  passValueBlock;

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