前言

在iOS中，内存主要分为 栈区、堆区、全局区、常量区、代码区 五个区域，如下图所示：

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）

优缺点

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
确定：栈的内存大小有限制，数据不灵活
- iOS主线程大小是1MB
- 其他线程是512KB
- MAC只有8MB

以上内存大小的说明，在Threading Programming Guide 中有相关说明，如下图：

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中是是动态的
堆区的分配一般是以在 运行时分配

存储

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 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

优缺点

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

当需要访问堆中数据时，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（静态区，即.bss & .data）

全局区是 编译时分配 的内存空间，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：

未初始化的全局变量和静态变量，即BSS区（.bss）
已初始化的全局变量和静态变量，即DATA区（.data）

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（即.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（即.text）

代码区是 由编译时分配，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

内存五大区验证

运行下面的一段代码，看看变量在内存中是如何分配的：

int a = 10; // 全局区（已初始化的全局变量）
char * b; // 全局区(未初始化的全局变量)
- (void)test{
    NSInteger i = 123; // 栈区（局部变量）
    NSLog(@"i的内存地址：%p", &i);
    
    NSString *string = @"ZJ"; // 常量区（字符串常量）
    NSLog(@"string的内存地址：%p", string);
    NSLog(@"&string的内存地址：%p", &string);
    
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init]; // 堆区（alloc对象）
    NSLog(@"obj的内存地址：%p", obj);
    NSLog(@"&obj的内存地址：%p", &obj);  
}

运行结果如下：

2022-03-11 14:34:25.438913+0800 内存五大区[70321:4340509] i的内存地址：0x16f6f5a18
2022-03-11 14:34:25.438976+0800 内存五大区[70321:4340509] string的内存地址：0x100710098
2022-03-11 14:34:25.438997+0800 内存五大区[70321:4340509] &string的内存地址：0x16f6f5a10
2022-03-11 14:34:25.439014+0800 内存五大区[70321:4340509] obj的内存地址：0x280fa0bc0
2022-03-11 14:34:25.439031+0800 内存五大区[70321:4340509] &obj的内存地址：0x16f6f5a08

对于 局部变量i，存放在栈区
对于 字符串对象string，分别打印了 string得对象地址 和 string对象的指针地址
- string的 对象地址 是是存放在 常量区
- string 对象的指针地址，是存放在 栈区
对于 alloc创建的对象obj，分别打印了 obj得对象地址 和 obj对象的指针地址
- obj的 对象地址 是存放在 堆区
- obj 对象的指针地址 是存放在 栈区

函数栈

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，具体图示请看上面
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，所有栈帧就组成了这个线程完成的栈
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，而当函数 执行结束，则将此函数对应的 栈帧出栈并释放掉

如下图所示，是经典图- ARM的栈帧布局方式

其中 main stack frame 为调用函数的栈帧
func1 stack frame 为当前 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压栈 的 顺序 很是规则（也比较容易被黑客攻破），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+LP）明确标示着调用函数位置内的某个地址

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：

避免层次过深 的 递归 调用
不要使用过多的局部变量，控制局部变量的大小
避免分配 占用空间 太大的对象，并 及时释放
实在不行，适当的情景下 调用系统API修改线程的堆栈大小

栈帧示例

描述下面代码的栈帧变化

栈帧程序示例

int Add(int x,int y) {
    int z = 0;
    z = x + y;
    return z;
}

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int ret = Add(a, b);
}

程序执行时，栈区中栈帧的变化如下图所示：

OC底层原理24：内存五大区

前言

栈区

堆区