[iOS] 内存五大区

1. 介绍

在iOS中，内存主要分为栈区、堆区、全局区、常量区、代码区五大区域，如下图所示：

image.png

2. 栈区

2.1 介绍

• 栈是系统的数据结构，其对应的进程或者线程是唯一的
• 栈是从高地址向低地址扩展的数据结构
• 栈是一块连续的内存区域，遵循FILO，先进后出原则
• 在iOS中一般以0x7开头，在运行时分配
• 编译器自动分配释放，不会产生内存碎片，快速高效
• 内存大小有限制，数据不灵活（主线程栈是1MB，其他线程是512KB）

2.2 存储的数据

栈区的内存是由编译器自动分配并释放的，主要用来存储：

• 函数内部定义的局部变量和数组
• 函数的参数
  栈区的内存空间是由系统管理，在调用的时候开辟空间，函数调用完成，就收回空间。

3. 堆区

3.1 介绍

• 和栈相反，堆是低地址向高地址扩展的数据结构
• 堆是不连续的内存区域，类似于链表，遵循先进先出原则
• 堆的地址空间在iOS中以0x6开头，一般在运行时动态分配空间
• 需要手动管理，容易产生内存碎片

3.2 存储的数据

堆区主要由开发者动态分配和释放，如果开发者不释放，程序结束后，则由操作系统回收

• OC中使用alloc或者使用new开辟空间创建对象
• C语言中使用malloc、calloc、realloc分配的空间，需要free释放

注意：当需要访问堆中内存时，一般需要先通过对象读取到栈区的指针地址，然后通过指针地址访问堆区

4. 全局区 (静态区，.bss & .data)

• 全局区是在编译时分配的内存空间
• 全局区的地址空间在iOS中一般以0x1开头
• 程序运行中，内存中的数据一致存在，程序结束后由系统释放
• .bss（BSS）区存放未初始化的全局变量和静态变量
• .data 数据区存放已经初始化的全局变量和静态变量

其中，全局变量是指变量值可以在运行时被动态修改，而静态变量是static修饰的变量，包含静态局部变量和静态全局变量。

5. 常量区 (.rodata)

常量区是编译时分配的内存空间，在程序结束后由系统释放，主要存放已经使用了的，且没有指向的字符串常量。
字符串常量可能会在程序中多次使用，所以在程序运行之间就会提前分配内存。

6. 代码区(.text)

代码区是编译时分配主要用于存放程序运行时的代码，代码会被编译成二进制存进内存的。

7. 验证

举个例子，看看下面的代码，变量在内存中是如何分配的：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    NSInteger i = 123;
    NSLog(@"i的内存地址：%p", &i);
    
    NSString *string = @"CJL";
    NSLog(@"string的内存地址：%p", string);
    NSLog(@"&string的内存地址：%p", &string);
    
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    NSLog(@"obj的内存地址：%p", obj);
    NSLog(@"&obj的内存地址：%p", &obj);
}

输出结果如下：

2021-01-19 20:38:48.645299+0800 KVC[42501:2211601] i的内存地址：0x7ffee4107138
2021-01-19 20:38:48.645439+0800 KVC[42501:2211601] string的内存地址：0x10baf9040
2021-01-19 20:38:48.645553+0800 KVC[42501:2211601] &string的内存地址：0x7ffee4107130
2021-01-19 20:38:48.645663+0800 KVC[42501:2211601] obj的内存地址：0x600001ba8110
2021-01-19 20:38:48.645761+0800 KVC[42501:2211601] &obj的内存地址：0x7ffee4107128

• 对于局部变量i，地址是0x7开头的，存放在栈区
• 对于字符串对象string，string的对象地址是0x10baf9040，存放在常量区，存放string对象指针的地址是0x7ffee4107130，存放在栈区
• 对于alloc创建的对象obj，对象的内存地址是0x600001ba8110，存放在堆区，存放obj对象指针的地址是0x7ffee4107128，存放在栈区

8. 函数栈&栈帧

• 函数栈又称为栈区，在内存中从高地址往低地址分配，与堆区相对
• 栈帧是函数(运行中)占用的一块独立的连续内存区域
• 应用中新创建的每个线程都有专用的栈空间，栈可以在线程期间自由使用。而线程中有千千万万的函数调用，这个函数共享一个栈空间。栈帧就是这个函数在栈空间里独占的部分，所有的栈帧就组成了这个线程完整的栈。
• 函数调用是发生在栈上的，每个函数的相关信息(例如局部变量、调用记录等)都存储在一个栈帧中，每执行一个函数调用，就会生成一个与其相关的栈帧，然后将其栈帧压入函数栈，当函数执行完毕，对应的栈帧也会出栈并释放掉。

如下图所示，是经典图 - ARM的栈帧布局方式：

image.png

• 其中main stack frame为main函数的栈帧，func1 stack frame 为当前函数(被调用者)的栈帧
• 栈底是高地址，向下增长
• FP是栈基址，指向栈帧起始地址，SP是栈顶指针，指向栈顶位置
• ARM压栈是有顺序的，依次为当前函数指针PC、返回指针LR、栈指针SP、栈基址FP、传入参数个数及指针、本地变量和临时变量。如果函数准备调用另一个函数，跳转之前临时变量区先要保存另一个函数的参数
• ARM也可以用栈基址和栈指针明确标示栈帧的位置，栈顶指针SP一直移动，ARM的特点是，两个栈空间内的地址（SP+FP）前面，必然有两个代码地址（PC+LR）明确标示着调用函数位置内的某个地址。

注意：一般情况下是不需要考虑堆栈的带下，但是事实上它们都是有限制的，过多的递归会导致栈溢出，过多的alloc对象会导致堆溢出。

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