🍎 iOS 메모리 구조 (Code, Data, Stack, Heap)

1. 🍏 메모리 구조

• 운영체제(OS)는 메모리(RAM)에 이 프로그램을 위한 공간을 할당

  

◻️ 1-1. 코드(Code) 영역

• 우리가 작성한 소스 코드가 기계어 형태로 저장됨
• 컴파일 타임에 결정, 중간에 코드가 변경되지 않도록 Read - Only 형태로 저장
• 컴퓨터가 읽을 수 있는 가장 밑단의 언어
  
  

◻️ 1-2. 데이터(Data) 영역

• 전역변수, static 변수가 저장됨
• 프로그램 시작과 동시에 할당, 프로그램 종료가 되어야 메모리 해제
• 실행도중 변수값이 변경 될 수 있으니 Read-Write로 지정

student Korean {
	static let country = "Korea"	//스태틱 변수(상수)로 데티어 영역에 할당
}

var name: String?		//전역 변수로 데이터 영역에 할당
var age: Int?			//전역 변수로 데이터 영역에 할당

func fetchData() {
}

name과 age는 전역 변수, country는 static 상수로 데이터 영역에 할당 됨!

◻️ 1-3. 힙(Heap) 영역

• 프로그래머가 할당/해제 하는 메모리 영역
• 프로그래머는 malloc, calloc으로 힙에 메모리를 할당할 수 있으며, 이를 '동적 할당' 이라고 함
• 사용하고 난 후에는 반드시 메모리 해제를 해줘야 함
  그렇지 않으면 memory leak이 발생
• Code, Data, Stack중 유일하게 런타임시에 결정되기 때문에 데이터 크기가 확실하지 않을 때 사용

• 클래스 인스턴스(Class Instance), 클로저 같은 참조 타입의 값들은 힙에 자동 할당 됨!!!!!
• 스위프트는 ARC를 통해 힙에 할당된 메모리가 더 이상 쓸모 없어지면(참조되지 않으면) 자동으로 해제해주기 때문에 우리가 free, release등으로 해제한적이 없는것 !
  
  

🌈 장점

• 메모리 크기에 대한 제한 없음
• 본질적인 범위가 전역이기 때문에, 프로그램의 모든 함수에서 액세스 할 수 있음

🌈 단점

• 할당작업, 해제 작업으로 인한 속도 저하
• 힙 손상(이중 해제, 해제 후 사용 등) 작업으로 인한 속도 저하
• 힙 경합(두 개 이상 쓰레드가 동시에 접근하려 할 때 Lock이 걸림)으로 인한 속도 저하
• 메모리를 직접 관리해야 함(해제해주지 않을 시 메모리 누수 발생)
  
  

◻️ 1-4. 스택(Stack) 영역

• 함수 호출 시 함수의 지역변수, 매개변수, 리턴 값 등이 저장
• 함수가 종료되면 저장된 메모리도 해제
• 컴파일 타임에 결정되기 때문에 무한히 할당 할 수 없다
• "LIFO"(last in, first out) 데이터 구조
  먼저 생성된 변수가 가장 나중에 해제됨

🌈 장점

• CPU가 스택 메모리를 효율적으로 구성하기 때문에 속도가 매우 빠름
• 메모리를 직접 해제를 해주지 않아도 됨

🌈 단점

• 메모리 크기에 대한 제한 있음
• 지역 변수만 액세스 가능

2. 🍏 힙(Heap) vs 스택(Stack)

◻️ 2-1. 언제 힙을 쓰고, 언제 스택을 쓰나요?

• 데이터의 크기를 모르거나, 스택에 저장하기엔 큰 데이터의 경우엔 힙에 할당 하고 그 외엔 스택에 할당하면 됨

◻️ 2-2. 힙과 스택의 메모리 관계

• 힙과 스택은 같은 메모리 영역을 공유

  • 힙 영역은 낮은 메모리 주소부터 할당
  • 스택 영역은 높은 메모리 주소부터 할당

  

3.🍏 자료구조 스택(Stack)과 큐(Queue)

◻️ 스택(Stack)

-Stack 은 ‘쌓다’라는 단어로, 데이터를 저장할 때는 가장 위에 새로운 데이터를 추가하고, 데이터를 꺼낼 때는 가장 위에 있는 데이터부터 꺼내는 방식입니다.

🌈스택에서 쓰이는 용어

• Top: 삽입과 삭제가 일어나는 위치
• Push: 새로운 데이터를 Stack에 쌓는 연산
• Peek: Top 이 가리키는 데이터를 단순 확인하는 연산
• Pop: Top 이 가리키는 데이터를 삭제하고 확인하는 연산

🌈 1) 후입선출(LIFO - Last In First Out) 구조

• 가장 마지막에 삽입된 데이터가 가장 먼저 삭제됩니다.
• 스택에 새로운 데이터를 삽입하면, 해당 데이터는 스택의 가장 위에 위치하게 됩니다.
• 스택에서 데이터를 삭제할 때는 가장 위에 있는 데이터부터 삭제됩니다.

🌈 2) 삽입과 삭제가 한 쪽에서만 이루어짐

• 스택의 한 쪽 끝에서만 데이터의 삽입과 삭제가 이루어집니다.
• 이 한 쪽 끝을 스택의 top이라고 부릅니다.
• 새로운 데이터를 삽입할 때는 top을 통해 삽입되고, 데이터를 삭제할 때도 top에서 삭제됩니다.

🌈 3) top 포인터의 이동

• 스택에 새로운 데이터가 삽입되면, top 포인터는 새로 삽입된 데이터를 가리키도록 이동합니다.
• 스택에서 데이터가 삭제되면, top 포인터는 그 아래에 있는 데이터를 가리키도록 이동합니다.

🌈 4) 데이터의 접근 제한

• 스택에서는 top 포인터가 가리키는 데이터에만 직접적으로 접근할 수 있습니다.
• 스택 내부의 다른 데이터에 접근하기 위해서는 top부터 시작하여 차례대로 데이터를 삭제해야 합니다.

🌈 5) 재귀 알고리즘과의 유사성

• 스택의 동작 원리는 재귀 함수의 동작 원리와 유사합니다.
• 재귀 함수에서는 함수가 자기 자신을 호출하면서 호출 정보를 스택에 저장하고, 함수가 종료되면 스택에서 이전 호출 정보를 꺼내 실행을 이어갑니다.

🌈 6) 깊이 우선 탐색(DFS)과의 관련성

• 스택은 깊이 우선 탐색(DFS) 알고리즘에서 유용하게 사용됩니다.
• DFS에서는 한 방향으로 깊이 탐색을 진행하다가 더 이상 탐색할 수 없을 때 이전 상태로 돌아가는데, 이때 스택을 활용하여 탐색 경로를 저장하고 관리합니다.

◻️ 큐(Queue)

• 큐(Queue)란 ‘대기줄’ 이라는 단어로, 데이터를 저장할 때는 큐의 뒤쪽(rear)에 새로운 데이터를 추가하고, 데이터를 꺼낼 때는 큐의 앞쪽(front)에서 데이터를 꺼내는 방식을 의미합니다.
  

🌈큐에서 쓰이는 용어

• Rear: 큐의 가장 끝 데이터 영역
• Front: 큐의 가장 앞 데이터 영역
• Add: Rear 부분에 새로운 데이터를 삽입하는 연산
• Peek: Front 부분에 있는 데이터를 확인하는 연산
• Poll: Front 부분에 있는 데이터를 삭제하고 확인하는 연산

🌈 1) 큐에서 쓰이는 용어

• Rear: 큐의 가장 끝 데이터 영역
• Front: 큐의 가장 앞 데이터 영역
• Add: Rear 부분에 새로운 데이터를 삽입하는 연산
• Peek: Front 부분에 있는 데이터를 확인하는 연산
• Poll: Front 부분에 있는 데이터를 삭제하고 확인하는 연산

🌈2) 삽입과 삭제가 양방향에서 이루어짐

• Queue의 한 쪽 끝(Rear)에서는 데이터의 삽입이 이루어지고, 다른 쪽 끝(Front)에서는 데이터의 삭제가 이루어집니다.
• 새로운 데이터는 항상 Rear에 추가되며, 삭제는 Front에서부터 이루어집니다.

🌈3) Front와 Rear 포인터의 이동

• Queue에 새로운 데이터가 삽입되면, Rear 포인터는 새로 삽입된 데이터를 가리키도록 이동합니다.
• Queue에서 데이터가 삭제되면, Front 포인터는 그 다음 데이터를 가리키도록 이동합니다.

🌈4) 데이터의 접근 제한

• Queue에서는 Front 포인터가 가리키는 데이터와 Rear 포인터가 가리키는 데이터에만 직접적으로 접근할 수 있습니다.
• Queue 내부의 다른 데이터에 접근하기 위해서는 Front부터 시작하여 차례대로 데이터를 삭제해야 합니다.

🌈 5) 너비 우선 탐색(BFS)과의 관련성

• Queue는 너비 우선 탐색(BFS) 알고리즘에서 유용하게 사용됩니다.
• BFS에서는 시작 노드부터 인접한 노드를 먼저 탐색하고, 이후 다음 레벨의 노드들을 순차적으로 탐색하는데, 이때 Queue를 활용하여 탐색 순서를 관리합니다.