[iOS]内存分区

[iOS]内存分区

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
还记得OC是C的超类
所以C的内存分区也是一样的

iOS系统中，应用的虚拟内存默认分配4G大小，但五大区只占3G，还有1G是五大区之外的内核区

上图

五大分区

栈区

定义

• 栈是系统数据结构，其 对应的进程或者线程是唯一 的
• 栈是 向低地址扩展 的数据结构
• 栈是一块连续的内存区域，遵循 先进后出(FILO) 原则
• 栈的地址空间在iOS中是以 0X7或者0X16开头
• 栈区一般在 运行时分配

存储
栈区是由编译器 自动分配并释放 的，主要用来存储

• 局部变量
• 函数的参数，例如函数的隐藏参数（id self，SEL _cmd）

优缺

优点：因为栈是由编译器自动分配并释放的，不会产生内存碎片，所以快速高效

缺点：栈的内存大小有限制，数据不灵活

• OS X(MAC上)主线程栈大小是8MB
• iOS主线程栈大小是1MB
• 其他线程是512KB
  

堆区

定义

• 堆是 向高地址扩展 的数据结构
• 堆是 不连续 的内存区域，类似于链表结构（便于增删，不便于查询），遵循先进先出 （FIFO） 原则
• 堆的地址空间在iOS中是以 0x6 开头，其空间的分配总是动态的
• 堆区的分配一般是在 运行时分配

储存
堆区是由程序员动态分配和释放的，如果程序员不释放，程序结束后，可能由操作系统回收，主要用于存放

• 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

优缺
优点：灵活方便，数据适应面广泛

缺点：需手动管理，速度慢、容易产生内存碎片
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

全局区

• 全局区是编译时分配的内存空间
• 在iOS中一般以 0x1 开头
• 在程序运行过程中，此内存中的数据一直存在，程序结束后由系统释放，主要存放
  1. 未初始化的全局变量和静态变量，即BSS区（.bss）
  2. 已初始化的全局变量和静态变量，即数据区（.data）
     BBS:Block Started by Symbol

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

常量区

常量区(.rodata)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
  字符串常量因为可能在程序中被多次使用，所以在程序运行之前就会提前分配内存

代码区

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

验证

口说无凭
来看看变量在内存中是如何分配的

- (void)test{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);  
}

回顾一下
0x1是内存区开头 用于存放
0x6是堆区开头 主要用于存放OC对象
0x7是栈区开头 主要存放局部变量

i 和 &string 和 &obj都属于局部变量 存在栈区
string内的@"CJL"是字符串 存常量区
对象obj存堆区
很完美

然后这个也是对的

内存使用注意事项

内存使用注意事项涵盖了多个方面，包括避免内存泄漏、防止野指针引用、正确处理数组边界、适当地分配和释放内存等

1. 内存泄露
2. 重复释放
3. 野指针
4. 数组越界
5. 未初始化内存
6. 缓冲区溢出

大小端模式

在地址读取时，分为大端模式与小端模式
大端模式从左向右每两位为一组读取
小端模式从右向左每两位为一组读取

iOS与macOS 均是小端模式

总结

一个程序在内存上由BSS段、data段、text段三个组成的。在没有调入内存前，可执行程序分为代码段、数据区和未初始化数据区三部分

BSS段：（Block Started by Symbol）
通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，属于静态内存分配。BSS段的内容并不存放在磁盘上的程序文件中。原因是内核在程序开始运行前将它们设置为0，需要存放在程序文件中的只有正文段和初始化数据段。text段和data段在编译时已经分配了空间，而BSS段并不占用可执行文件的大小，它是由链接器来获取内存的。

数据段：（data segment）
通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域，属于静态内存分配。总结为：初始化的全局变量和静态变量在已初始化区域，未初始化的全局变量和静态变量在BSS区。

代码段：（code segment/text segment）
通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。该区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

堆（heap）：
用于动态分配内存，位于BSS和栈中间的地址区域，由程序员申请分配和释放。堆是从低地址位向高地址位增长，采用链式存储结构。频繁的malloc/free造成内存空间的不连续，会产生碎片。当申请堆空间时库函数是按照一定的算法搜索可用的足够大的空间，因此堆的效率比栈要低的多。注：与数据结构中的堆不是一个概念，但堆的分配方式类似于链表。

栈(stack)：
由编译器自动释放，存放函数的参数值、局部变量等。每当一个函数被调用时，该函数的返回类型和一些调用的信息被存放到栈中，这个被调用的函数再为它的自动变量和临时变量在栈上分配空间。每调用一个函数一个新的栈就会被使用。栈区是从高地址位向低地址位增长的，是一块连续的内存区域，最大容量是由系统预先定义好的，申请的栈空间超过这个界限时会提示溢出。

堆和栈的区别在于

1）管理方式：栈由编译器自动管理，无需人为控制。而堆释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏（memory leak）。
2）空间大小：在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间（虚拟内存的大小，有面试官问过），从这个角度来看堆内存大小可以很大。但对于栈来说，一般都是有一定的空间大小的
3）碎片问题：堆频繁new/delete会造成内存空间的不连续，造成大量的碎片，使程序效率降低（重点是如何解决？如内存池、伙伴系统等）。对栈来说不会存在这个问题，因为栈是先进后出，不可能有一个内存块从栈中间弹出。在该块弹出之前，在它上面的（后进的栈内容）已经被弹出。
4）生长方向：堆生长（扩展）方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；栈生长（扩展）方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长， 可以看第一张图。
5）分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。而栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，如局部变量分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
6）效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持（有专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的机器指令执行），这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的（可以了解侯捷老师的内存管理的视频，关于malloc/realloc/free函数等）。例如分配一块内存，堆会按照一定的算法，在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。总之，堆的效率比栈要低得多。

函数栈

函数栈又称为栈区
与堆区相对在内存中从高地址往低地址分配

栈帧是指函数（运行中且未完成）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，这些函数共享进程的这个栈空间。每个函数所使用的栈空间是一个栈帧，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
• 每执行一次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
• 当函数执行结束则将此函数对应的栈帧出栈并释放掉

上经典

ARM压栈的顺序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。

其中
main stack frame为调用函数的栈帧
func1 stack frame为当前函数(被调用者)的栈帧
栈底在高地址，栈向下增长
FP就是栈基址，它指向函数的栈帧起始地址
SP则是函数的栈指针，它指向栈顶的位置

ARM也可以用栈基址和栈指针明确标示栈帧的位置，栈指针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

ok其实还是有不好理解的地方的
R9为什么是the 5th parameter for func1:2 func1

当函数准备调用另一个函数时，在跳转之前，需要先保存另一个函数的参数。如果参数能够通过寄存器（如 R0-R3）传递，就直接使用寄存器；如果参数超过 4 个，多出来的参数则使用栈来传递，并将它们放置在当前函数栈帧的临时变量区。

所以在main函数栈帧的R9存放的是func1的第五个参数就没问题啦

注：ARM是满降栈

满栈：当堆栈指针总是指向最后压入堆栈的数据
空栈：当堆栈指针总是指向下一个将要放入数据的空位置

升栈：随着数据的入栈，SP指针从低地址->高地址移动
降栈：随着数据的入栈，SP指针从高地址->低地址移动

堆栈溢出

一般情况下应用程序是不需要考虑堆和栈的大小的，但是事实上堆和栈都不是无上限的，过多的递归会导致栈溢出，过多的alloc变量会导致堆溢出。
所以预防堆栈溢出的方法：
（1）避免层次过深的递归调用
（2）不要使用过多的局部变量，控制局部变量的大小
（3）避免分配占用空间太大的对象，并及时释放
（4）适当的情景下调用系统API修改线程的堆栈大小

栈的作用

（1）保存局部变量
（2）参数传递
（3）保存寄存器的值

参考博客

iOS-底层原理 24：内存五大区
ARM——栈