内存五大区 & 栈相关概念

1、内存五大区

栈(stack)：变量地址存放在栈区

NSLog(@"************栈区************");
// 栈区
int a = 10;
int b = 20;
NSObject *object = [NSObject new];
NSLog(@"a == \t%p",&a);
NSLog(@"b == \t%p",&b);
NSLog(@"object == \t%p",&object);
NSLog(@"%lu",sizeof(&object));
NSLog(@"%lu",sizeof(a));

堆(heap)：alloc出来的变量存放在堆区。

NSLog(@"************堆区************");
// 堆区
NSObject *object1 = [NSObject new];
NSObject *object2 = [NSObject new];
NSObject *object3 = [NSObject new];
NSObject *object4 = [NSObject new];
NSObject *object5 = [NSObject new];
NSObject *object6 = [NSObject new];
NSObject *object7 = [NSObject new];
NSObject *object8 = [NSObject new];
NSObject *object9 = [NSObject new];
NSLog(@"object1 = %@",object1);
NSLog(@"object2 = %@",object2);
NSLog(@"object3 = %@",object3);
NSLog(@"object4 = %@",object4);
NSLog(@"object5 = %@",object5);
NSLog(@"object6 = %@",object6);
NSLog(@"object7 = %@",object7);
NSLog(@"object8 = %@",object8);
NSLog(@"object9 = %@",object9);

未初始化数据(.bss)：全局变量，并且未初始化

int clA;
static int bssA;
static NSString *bssStr1;

已初始化数据(.data)：全局变量，并且初始化

int clB = 10;
static int bssB = 10;
static NSString *bssStr2 = @"hello";

代码段(.text)：编写的代码在内存中的存储位置。

注意：静态区是以文件区分的。也就是说在一个h文件中定义一个全局变量a=10，在m文件中进行++修改，a=11，在外部（其他文件）进行调用对a进行++，还是从10开始累加。
例如：
vc的h文件中新建静态变量a=10

#import 
static int a = 10;
@interface ViewController : UIViewController
@end

vc的m文件中的viewDidLoad里对a++

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"begin---%s:a=%d", __func__, a);
    a++;
    NSLog(@"end---%s:a=%d", __func__, a);
}

在AppDelegate的启动方法中加入一样的代码

@implementation AppDelegate
- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    NSLog(@"begin---%s:a=%d", __func__, a);
    a++;
    NSLog(@"end---%s:a=%d", __func__, a);
    
    return YES;
}

看看打印结果：

从结果可以看出来a都是从10到11的变化。所以此处需要注意静态全局变量是针对文件处理的。

2、栈相关概念

栈是先进后出的一种数据结构。本文不对数据结构进行讲解，主要研究目标是内存栈区的中的一些概念。

压栈

函数实现的代码中，函数的参数、临时变量以及调用其他函数和其他函数的返回值等等信息，都需要进行压栈。目的是记录一些调用逻辑和顺序。比如函数A的实现中，调用了函数B，此时函数A的相关信息压入栈中。当函数B执行完，操作系统通过栈中记录的信息，知道要回到函数A中。这也就利用了栈的先进后出的特性。

栈帧

内存中栈区是从高地址连续延伸到低地址。每个函数的调用都有它自己独立栈区域，里面记录一些需要的信息，这个区域我们叫做栈帧。寄存器ebp指向当前栈帧的底部（高地址），寄存器esp指向当前栈的顶部（低地址）

如果函数A中调用了函数B，用一个伪代码来说明一下代码逻辑：

void 函数A(){
    int a = 10;
    函数B();
    后续代码code;
}

void 函数B(){
    ......
    return ...;
}

函数A中定义了一个临时变量a，调用函数B，以及后续代码code。栈区变化如图：

入栈变量a，正常入栈
然后是到函数B这行代码，函数调用底层就是要进行跳转，所以要先记录回来后的继续调用后续代码code的位置（入栈code的地址），然后记录函数A栈帧底部位置ebp。
入栈函数B相关的信息，调整寄存器ebp的位置，此时ebp指向的是函数B的栈帧底部。此处应该可以理解栈帧是函数的独立的内存区域。
栈的空间是连续的，所以栈顶是每个栈帧共用的。不用调整esp位置。

栈溢出

栈空间是系统分配的，里面的元素是系统进行自动清理。但是如果需要的栈大小超过了系统分配的，就会出现栈区不够用的情况，也就是所谓的栈溢出。

比如一个递归函数，就会不断调用函数的入栈，如果层级过多超过了系统过的栈空间，就发生栈溢出。

利用堆栈溢出攻击计算机的最典型的例子是1988年利用fingerd漏洞进行攻击的蠕虫病毒。利用修改栈中的返回后续代码code的地址，实现跳转到恶意代码中的方式实现攻击。

针对堆栈溢出可能造成的计算机安全问题，通常有以下这些防范措施：
（1）如果出现栈溢出的情况，减少递归的使用，用循环代替。
（2）通过操作系统使得缓冲区不可执行，从而阻止攻击者植入攻击代码。但由于攻击者并不一定要通过植入代码来实现攻击，同时linux在信号传递和GCC的在线重用都使用了可执行堆栈的属性，因此该方法依然有一定弱点。
（3）利用编译器的边界检查来实现缓冲区的保护。该方法使得缓冲区溢出不可能出现，完全消除了缓冲区溢出的威胁，但代价较大，如性能速度变慢。
（4）程序指针完整性检查，该方法能阻止绝大多数缓冲区溢出攻击。该方法就是说在程序使用指针之前，检查指针的内容是否发生了变化。

参考文献：
栈帧
百度百科-堆栈溢出

内存五大区 & 栈相关概念

1、内存五大区

2、栈相关概念

压栈

栈帧

栈溢出

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