[iOS]內存分區
文章目錄
- [iOS]內存分區
- 五大分區
- 棧區
- 堆區
- 全局區
- 常量區
- 代碼區
- 驗證
- 內存使用注意事項
- 總結
- 函數棧
- 堆棧溢出
- 棧的作用
- 參考博客
在iOS中，內存主要分為棧區、堆區、全局區、常量區、代碼區五大區域
還記得OC是C的超類
所以C的內存分區也是一樣的
iOS系統中，應用的虛擬內存默認分配4G大小，但五大區只占3G，還有1G是五大區之外的內核區
上圖
五大分區
棧區
定義
- 棧是系統數據結構，其 對應的進程或者線程是唯一 的
- 棧是 向低地址擴展 的數據結構
- 棧是一塊連續的內存區域，遵循 先進后出(FILO) 原則
- 棧的地址空間在iOS中是以 0X7或者0X16開頭
- 棧區一般在 運行時分配
存儲
棧區是由編譯器 自動分配并釋放 的，主要用來存儲
- 局部變量
- 函數的參數，例如函數的隱藏參數（id self，SEL _cmd）
優缺
優點：因為棧是由編譯器自動分配并釋放的，不會產生內存碎片，所以快速高效
缺點：棧的內存大小有限制，數據不靈活
- OS X(MAC上)主線程棧大小是8MB
- iOS主線程棧大小是1MB
- 其他線程是512KB
堆區
定義
- 堆是 向高地址擴展 的數據結構
- 堆是 不連續 的內存區域，類似于鏈表結構（便于增刪，不便于查詢），遵循先進先出 （FIFO） 原則
- 堆的地址空間在iOS中是以 0x6 開頭，其空間的分配總是動態的
- 堆區的分配一般是在 運行時分配
儲存
堆區是由程序員動態分配和釋放的，如果程序員不釋放，程序結束后，可能由操作系統回收，主要用于存放
- OC中使用alloc或者 使用new開辟空間創建對象
- C語言中使用malloc、calloc、realloc分配的空間，需要free釋放
優缺
優點：靈活方便，數據適應面廣泛
缺點：需手動管理，速度慢、容易產生內存碎片
當需要訪問堆中內存時，一般需要先 通過對象讀取到棧區的指針地址 ，然后通過 指針地址 訪問堆區
全局區
- 全局區是編譯時分配的內存空間
- 在iOS中一般以 0x1 開頭
- 在程序運行過程中，此內存中的數據一直存在，程序結束后由系統釋放，主要存放
- 未初始化的全局變量和靜態變量，即BSS區（.bss）
- 已初始化的全局變量和靜態變量，即數據區（.data）
BBS:Block Started by Symbol
其中，全局變量是指變量值可以在運行時被動態修改，而靜態變量是static修飾的變量，包含靜態局部變量和靜態全局變量
常量區
常量區(.rodata)是 編譯時分配 的內存空間，在程序結束后由系統釋放，主要存放
- 已經使用了的，且沒有指向的字符串常量
字符串常量因為可能在程序中被多次使用，所以在程序運行之前就會提前分配內存
代碼區
代碼區是 編譯時分配 主要用于存放程序運行時的代碼,代碼會被編譯成 二進制 存進內存的
驗證
口說無憑
來看看變量在內存中是如何分配的
- (void)test{NSInteger i = 123;NSLog(@"i的內存地址：%p", &i);NSString *string = @"CJL";NSLog(@"string的內存地址：%p", string);NSLog(@"&string的內存地址：%p", &string);NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];NSLog(@"obj的內存地址：%p", obj);NSLog(@"&obj的內存地址：%p", &obj);
}
回顧一下
0x1是內存區開頭 用于存放
0x6是堆區開頭 主要用于存放OC對象
0x7是棧區開頭 主要存放局部變量
i 和 &string 和 &obj都屬于局部變量 存在棧區
string內的@"CJL"是字符串 存常量區
對象obj存堆區
很完美
然后這個也是對的
內存使用注意事項
內存使用注意事項涵蓋了多個方面，包括避免內存泄漏、防止野指針引用、正確處理數組邊界、適當地分配和釋放內存等
- 內存泄露
- 重復釋放
- 野指針
- 數組越界
- 未初始化內存
- 緩沖區溢出
大小端模式
在地址讀取時，分為大端模式與小端模式
大端模式從左向右每兩位為一組讀取
小端模式從右向左每兩位為一組讀取
iOS與macOS 均是小端模式
總結
一個程序在內存上由BSS段、data段、text段三個組成的。在沒有調入內存前，可執行程序分為代碼段、數據區和未初始化數據區三部分
BSS段：（Block Started by Symbol）
通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域，屬于靜態內存分配。BSS段的內容并不存放在磁盤上的程序文件中。原因是內核在程序開始運行前將它們設置為0，需要存放在程序文件中的只有正文段和初始化數據段。text段和data段在編譯時已經分配了空間，而BSS段并不占用可執行文件的大小，它是由鏈接器來獲取內存的。
數據段：（data segment）
通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內存區域，屬于靜態內存分配。總結為：初始化的全局變量和靜態變量在已初始化區域，未初始化的全局變量和靜態變量在BSS區。
代碼段：（code segment/text segment）
通常是指用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。該區域的大小在程序運行前就已經確定，并且內存區域通常屬于只讀, 某些架構也允許代碼段為可寫，即允許修改程序。在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數變量，例如字符串常量等。
堆（heap）：
用于動態分配內存，位于BSS和棧中間的地址區域，由程序員申請分配和釋放。堆是從低地址位向高地址位增長，采用鏈式存儲結構。頻繁的malloc/free造成內存空間的不連續，會產生碎片。當申請堆空間時庫函數是按照一定的算法搜索可用的足夠大的空間，因此堆的效率比棧要低的多。注：與數據結構中的堆不是一個概念，但堆的分配方式類似于鏈表。
棧(stack)：
由編譯器自動釋放，存放函數的參數值、局部變量等。每當一個函數被調用時，該函數的返回類型和一些調用的信息被存放到棧中，這個被調用的函數再為它的自動變量和臨時變量在棧上分配空間。每調用一個函數一個新的棧就會被使用。棧區是從高地址位向低地址位增長的，是一塊連續的內存區域，最大容量是由系統預先定義好的，申請的棧空間超過這個界限時會提示溢出。
堆和棧的區別在于
1）管理方式：棧由編譯器自動管理，無需人為控制。而堆釋放工作由程序員控制，容易產生內存泄漏（memory leak）。
2）空間大小：在32位系統下，堆內存可以達到4G的空間（虛擬內存的大小，有面試官問過），從這個角度來看堆內存大小可以很大。但對于棧來說，一般都是有一定的空間大小的
3）碎片問題：堆頻繁new/delete會造成內存空間的不連續，造成大量的碎片，使程序效率降低（重點是如何解決？如內存池、伙伴系統等）。對棧來說不會存在這個問題，因為棧是先進后出，不可能有一個內存塊從棧中間彈出。在該塊彈出之前，在它上面的（后進的棧內容）已經被彈出。
4）生長方向：堆生長（擴展）方向是向上的，也就是向著內存地址增加的方向；棧生長（擴展）方向是向下的，是向著內存地址減小的方向增長， 可以看第一張圖。
5）分配方式：堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。而棧有2種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，如局部變量分配。動態分配由alloca函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，它的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。
6）效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持（有專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的機器指令執行），這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的，它的機制是很復雜的（可以了解侯捷老師的內存管理的視頻，關于malloc/realloc/free函數等）。例如分配一塊內存，堆會按照一定的算法，在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有（可能是由于內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，然后進行返回。總之，堆的效率比棧要低得多。
函數棧
函數棧又稱為棧區
與堆區相對在內存中從高地址往低地址分配
棧幀是指函數（運行中且未完成）占用的一塊獨立的連續內存區域
應用中新創建的每個線程都有專用的棧空間，棧可以在線程期間自由使用。而線程中有千千萬萬的函數調用，這些函數共享進程的這個棧空間。每個函數所使用的棧空間是一個棧幀，所有的棧幀就組成了這個線程完整的棧
函數調用是發生在棧上的
- 每個函數的相關信息（例如局部變量、調用記錄等）都存儲在一個棧幀中
- 每執行一次函數調用就會生成一個與其相關的棧幀
- 然后將其棧幀壓入函數棧
- 當函數執行結束則將此函數對應的棧幀出棧并釋放掉
上經典
ARM壓棧的順序依次為當前函數指針PC、返回指針LR、棧指針SP、棧基址FP、傳入參數個數及指針、本地變量和臨時變量。如果函數準備調用另一個函數，跳轉之前臨時變量區先要保存另一個函數的參數。
其中
main stack frame為調用函數的棧幀
func1 stack frame為當前函數(被調用者)的棧幀
棧底在高地址，棧向下增長
FP就是棧基址，它指向函數的棧幀起始地址
SP則是函數的棧指針，它指向棧頂的位置
ARM也可以用棧基址和棧指針明確標示棧幀的位置，棧指針SP一直移動，ARM的特點是，兩個棧空間內的地址（SP+FP）前面，必然有兩個代碼地址（PC+LR）明確標示著調用函數位置內的某個地址
ok其實還是有不好理解的地方的
R9為什么是the 5th parameter for func1:2 func1
當函數準備調用另一個函數時，在跳轉之前，需要先保存另一個函數的參數。如果參數能夠通過寄存器（如 R0-R3）傳遞，就直接使用寄存器；如果參數超過 4 個，多出來的參數則使用棧來傳遞，并將它們放置在當前函數棧幀的臨時變量區。
所以在main函數棧幀的R9存放的是func1的第五個參數就沒問題啦
注：ARM是滿降棧
滿棧：當堆棧指針總是指向最后壓入堆棧的數據
空棧：當堆棧指針總是指向下一個將要放入數據的空位置
升棧：隨著數據的入棧，SP指針從低地址->高地址移動
降棧：隨著數據的入棧，SP指針從高地址->低地址移動
堆棧溢出
一般情況下應用程序是不需要考慮堆和棧的大小的，但是事實上堆和棧都不是無上限的，過多的遞歸會導致棧溢出，過多的alloc變量會導致堆溢出。
所以預防堆棧溢出的方法：
（1）避免層次過深的遞歸調用
（2）不要使用過多的局部變量，控制局部變量的大小
（3）避免分配占用空間太大的對象，并及時釋放
（4）適當的情景下調用系統API修改線程的堆棧大小
棧的作用
（1）保存局部變量
（2）參數傳遞
（3）保存寄存器的值
參考博客
iOS-底層原理 24：內存五大區
ARM——棧
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