UI學習
- iOS-底層原理 24：內存五大區
- 總覽
- 一、棧區（Stack）
- 1.1 核心特性
- 1.2 優缺點
- 1.3函數棧與棧幀
- 1.3 堆棧溢出風險
- 二、堆區（Heap）;
- 2.1 核心特性
- 2.2 與棧區對比
- 三、全局 / 靜態區（Global/Static）
- 3.1 內存劃分
- 3.2 關鍵區別
- 四、常量區（Constant）
- 五、代碼區（Code/Text）
- 面試問題學習;
- 問題 1：`static`關鍵字的作用
- 問題 2：堆內存碎片如何產生？
- 問題3：請簡述iOS應用程序的五大內存分區及其主要用途。
- 問題4：為什么棧內存的分配和釋放速度比堆內存快？
- 問題5：全局區和靜態區的內存是如何管理的？它們之間有什么區別？ 有問題
- 總結：內存分區速查表
iOS-底層原理 24：內存五大區
總覽
iOS 中，內存主要分為五大區域：棧區、堆區、全局區 / 靜態區、常量區和代碼區。內存布局總覽如下：
由低地址到高地址依次為 代碼區→常量區→全局 / 靜態區→堆區→棧區，內核區位于最高地址。
一、棧區（Stack）
1.1 核心特性
-
存儲方向：從高地址向低地址分配，內存連續。
-
管理方式：系統自動分配 / 釋放（函數結束后立即回收）。
-
典型存儲：局部變量、方法參數（如
self、_cmd）、函數返回地址。 -
地址特征：iOS 中以
0X7或0X16開頭。
示例代碼：
- (void)testStack { int a = 10; NSLog(@"a == %p size == %lu", &a, sizeof(a)); NSLog(@"方法參數 self：%p", &self); NSLog(@"方法參數 cmd：%p", &_cmd);
}
輸出結果：
地址從0x16fdff2a8（self）→0x16fdff2a0（cmd）→0x16fdff29c（a），由高到低遞減，步長 8 字節，驗證棧的「后進先出」特性。
1.2 優缺點
-
優點：速度快（系統自動管理）、無內存碎片。
-
缺點：空間受限（iOS 主線程棧大小 1MB，其他線程 512KB）。
1.3函數棧與棧幀
棧幀定義：
函數運行時在棧區分配的獨立連續內存區域，包含：
- 局部變量：函數內定義的變量（如
int z = x + y;）。 - 調用記錄：返回地址（LR）、當前函數指針（PC）、棧基址（FP）、棧指針（SP）等。
- 參數傳遞：函數參數通過棧幀傳遞（如
Add(a, b)中的a和b）。
函數調用流程：
-
壓棧
：調用函數時，系統創建新棧幀，將參數、局部變量、PC/LR 等壓入棧區。
- 例：
main函數調用Add(a, b)時，先壓入a、b，再壓入Add函數的棧幀。
- 例：
-
執行：函數在棧幀內執行，操作局部變量（如計算
z = x + y）。 -
出棧：函數執行完畢，棧幀出棧，釋放內存，程序通過 LR 返回調用處（如從
Add返回main）。
- (void)testStackFrame { int a = 10; int b = 20; int sum = [self addWithA:a b:b]; NSLog(@"sum = %d", sum);
} - (int)addWithA:(int)a b:(int)b { return a + b;
}
棧幀變化：
testStackFrame調用時，棧幀壓入a、b、sum等局部變量。- 調用
addWithA:b:時，新棧幀壓入參數a、b，計算后通過 LR 返回結果。 - 函數結束后，兩層棧幀依次出棧，釋放內存。
1.3 堆棧溢出風險
- 棧溢出：
- 原因：遞歸深度過深（如無限遞歸）或局部變量過多，超過棧空間限制（如主線程 1MB）。
- 后果：程序崩潰，拋出
EXC_BAD_ACCESS異常。
- 堆溢出：
- 原因：頻繁分配大內存（如循環創建未釋放的對象），耗盡虛擬內存。
- 后果：內存不足，系統終止進程。
二、堆區（Heap）;
2.1 核心特性
-
存儲方向：從低地址向高地址分配，內存不連續（基于鏈表管理）。
-
管理方式：手動分配 / 釋放（
alloc/free等），需避免內存泄漏。 -
典型存儲：OC 對象（
[NSObject new]）、動態分配的數據（malloc）。 -
地址特征：iOS 中以
0x6開頭。
示例代碼：
- (void)testHeap { NSObject *object1 = [NSObject new]; NSObject *object2 = [NSObject new]; NSLog(@"object1 = %@", object1); NSLog(@"object2 = %@", object2);
}
輸出結果：
地址0x6000029ac070與0x6000029ac080不連續，驗證堆的「非連續分配」特性。
2.2 與棧區對比
| 維度 | 棧區 | 堆區 |
|---|---|---|
| 分配方式 | 系統自動（LIFO） | 手動分配（鏈表遍歷） |
| 內存連續性 | 連續 | 不連續 |
| 生命周期 | 函數作用域內 | 手動釋放或程序結束 |
| 空間大小 | 受限（1MB/512KB） | 受限于虛擬內存 |
| 碎片問題 | 無 | 易產生 |
三、全局 / 靜態區（Global/Static）
3.1 內存劃分
-
.bss 段：存儲未初始化的全局變量和靜態變量，程序啟動時自動清零。
-
.data 段：存儲已初始化的全局變量和靜態變量。
示例代碼：
int globalVar; // 未初始化全局變量（.bss）
static int staticVar; // 未初始化靜態變量（.bss）
int initGlobal = 10; // 已初始化全局變量（.data）
static int initStatic = 11; // 已初始化靜態變量（.data） - (void)testStatic { NSLog(@"globalVar = %p", &globalVar); NSLog(@"staticVar = %p", &staticVar); NSLog(@"initGlobal = %p", &initGlobal); NSLog(@"initStatic = %p", &initStatic);
}
輸出結果：
分析：
-
.bss段地址連續（0x100008100→0x10008104，相差 4 字節）。 -
.data段地址連續（0x1000080f8→0x1000080fc，相差 4 字節）。
3.2 關鍵區別
| 類型 | 作用域 | 初始化時機 |
|---|---|---|
| 全局變量 | 全程序可見 | 程序啟動時分配 |
| 靜態全局變量 | 當前文件可見 | 程序啟動時分配 |
| 靜態局部變量 | 函數內可見 | 第一次調用時分配 |
四、常量區（Constant）
-
存儲內容：字符串常量（如
@"Hello"）、基本類型常量（如123、3.14）。 -
特性：
- 只讀，程序運行時不可修改。
- 編譯時分配，程序結束后由系統釋放。
五、代碼區（Code/Text）
-
存儲內容：編譯后的二進制指令（函數體、方法實現）。
-
特性：
-
只讀，防止程序運行中意外修改代碼。
-
共享性：相同程序的多個實例共享代碼區（如多個 App 進程共享系統庫代碼）。
-
安全意義：阻止惡意代碼注入和篡改，防御緩沖區溢出攻擊。
-
面試問題學習;
問題 1：static關鍵字的作用
- 對于全局變量來說，static 改變了其作用域。普通全局變量是所有文件都可以用。靜態全局變量是只有當前文件可以用。
- 對于局部變量來說，static改變了其存儲方式從而改變了生命周期。普通局部變量是動態存儲，動態存儲決定了其生命周期為變量使用期間。靜態局部變量是靜態存儲，存儲在全局靜態區，生命周期為從程序開始到結束。
- 因此 static 這個說明符在不同的地方所起的作用是不同的。
- 總結：全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量采用靜態存儲方式，局部變量采用動態存儲方式。
問題 2：堆內存碎片如何產生？
-
原因：頻繁分配 / 釋放不同大小的內存塊，導致空閑內存碎片化（如分配 100 字節→釋放→分配 20 字節→釋放，留下 80 字節小塊無法被大內存請求利用）。
-
iOS 優化方案：
-
使用 ARC 自動管理內存，減少手動操作。 -
對象池技術（如`NSOperationQueue`復用線程）。 -
避免高頻小內存分配（如改用緩存機制）。
-
問題3：請簡述iOS應用程序的五大內存分區及其主要用途。
-
棧（Stack）：
- 用途：用于存儲局部變量、函數參數、返回地址等。棧內存是自動分配和釋放的，主要用于函數調用和局部變量的管理。
- 特點：內存分配方式為LIFO（后進先出），存取速度快，空間相對較小。
-
堆（Heap）：
- 用途：用于動態分配內存，存儲需要在運行時分配和釋放的對象和數據。堆內存由程序員手動管理，通過
malloc、free、new、delete等函數進行分配和釋放。 - 特點：內存管理靈活，存儲空間較大，但分配和釋放速度相對較慢，容易產生內存碎片。
- 用途：用于動態分配內存，存儲需要在運行時分配和釋放的對象和數據。堆內存由程序員手動管理，通過
-
全局區/靜態區（Global/Static）：
- 用途：存儲全局變量和靜態變量。全局變量在程序啟動時分配，在程序結束時釋放；靜態變量在第一次使用時分配，程序結束時釋放。
- 特點：內存地址固定，生命周期貫穿程序運行的整個周期。
-
常量區（Constant）：
- 用途：存儲常量數據，例如字符串常量、數值常量等。常量區的內容在程序運行時不可修改。
- 特點：只讀區域，數據在程序加載時初始化，生命周期貫穿程序運行的整個周期。
-
代碼區（Code/Text）：
- 用途：存儲程序的可執行代碼，包括函數體和編譯后的指令。代碼區在程序運行時是只讀的，以防止意外修改。
- 特點：只讀區域，存儲的是編譯后的機器指令，生命周期貫穿程序運行的整個周期。
問題4：為什么棧內存的分配和釋放速度比堆內存快？
- 分配方式：棧內存采用LIFO（后進先出）的分配方式，每次函數調用時，函數的局部變量、參數和返回地址會依次入棧，函數返回時，這些數據會依次出棧。分配和釋放只需要移動棧指針，操作簡單且高效。
- 內存管理：棧內存由系統自動管理，函數調用結束時，系統會自動釋放棧內存，無需程序員手動管理。堆內存則需要程序員手動管理，通過
malloc、free等函數進行分配和釋放，管理復雜且容易產生內存碎片。 - 空間連續：棧內存通常是連續的內存塊，分配和釋放時不需要進行復雜的內存碎片整理，而堆內存由于頻繁的分配和釋放，容易產生內存碎片，導致分配和釋放速度變慢。
問題5：全局區和靜態區的內存是如何管理的？它們之間有什么區別？ 有問題
-
全局區（Global）：
- 管理全局變量，即在程序的整個生命周期內都存在的變量。這些變量在程序啟動時分配內存，在程序結束時釋放內存。
- 全局變量在定義時如果未顯式初始化，系統會將其初始化為0。
-
靜態區（Static）：
- 管理靜態變量，即在函數或類內部定義并帶有
static關鍵字的變量。這些變量在第一次使用時分配內存，在程序結束時釋放內存。 - 靜態變量在第一次定義時如果未顯式初始化，系統也會將其初始化為0。
- 管理靜態變量，即在函數或類內部定義并帶有
區別：
- 生命周期：全局變量和靜態變量的生命周期相似，都是在程序運行期間存在，但全局變量在程序啟動時即被初始化，而靜態變量在第一次使用時才被初始化。
- 作用域：全局變量的作用域是整個程序，而靜態變量的作用域僅限于其定義的函數或類內部。
總結：內存分區速查表
| 分區 | 地址方向 | 讀寫權限 | 管理方式 | 典型存儲 |
|---|---|---|---|---|
| 棧區 | 高→低 | 可讀可寫 | 系統自動 | 局部變量、函數參數 |
| 堆區 | 低→高 | 可讀可寫 | 手動分配 | OC 對象、動態數據 |
| 全局 / 靜態區 | 固定 | 可讀可寫 | 編譯時分配 | 全局變量、靜態變量 |
| 常量區 | 固定 | 只讀 | 編譯時分配 | 字符串、數值常量 |
| 代碼區 | 固定 | 只讀 | 編譯時分配 | 可執行指令 |
