内存管理系列—从C语言看OC的内存布局

内存管理系列文章：

• 内存管理系列—从C语言看OC的内存布局
• 内存管理系列—OC的内存管理方案
• 内存管理系列—OC的内存管理模式

前言

OC底层实现其实都是C语言的代码，因此想深刻理解iOS的内存管理机制，能够经过了解C语言的内存管理来进一步熟悉OC的内存管理。

内存分类

• RAM:运行内存,不能掉电储存；
• ROM:储存性内存,能够掉电储存,例如:内存卡,flash；

RAM和ROM的区别

1. RAM的访问速度要远高于ROM,价格也要高；
2. CPU只能从RAM直接读取指令；
3. app程序通常存放于ROM中。启动app时，系统会把开启的app程序从ROM中转移到RAM中

从内存分配看app加载过程

在了解OC的内存分配以前，先看下app的加载过程：

1. 当APP没有打开时，ipa或者app文件都是存在于ROM中，即咱们说一个叫Application的文件夹中。
2. 在APP启动的时候iOS系统会先为app从RAM中分配一个独立的内存空间（即沙盒），app全部的内存操做都在这个独立的沙盒中进行。
3. 接着系统会先加载二进制代码到内存中，而后加载常量区中的常量，接着加载全局区和静态区（初始化过的静态区和没有初始化过的静态区是分开的）
4. 以后程序会找main入口函数开始执行代码，在执行代码的过程当中，会建立对象和一些局部变量，其中对象存放在堆中，变量存放在栈上。

内存分区

画图工具没找到太合适的，粗略的作了一张图，经过如下这张图对内存布局有个大概认识：

区段解释

1. 程序代码区：代码区用来存放函数体的二进制代码，程序结束后由系统释放

2. 常量区： 常量区用来存放常量字符串等，程序结束后由系统释放

3. 静态区：全局变量和静态变量的存储是放在一块的,程序结束后由系统释放

• 初始化的全局变量和静态变量在一块区域，.data。
• 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另外一块区域，.bSS。

  全局变量和静态变量要尽可能少用。由于这些变量在程序的生命周期中不会变释放，比较容易占用内存空间，不适合存储比较大量的数据

4. 堆区(heap)：

• 堆区的地址是从低到高分配，因此先声明的变量地址要比后声明的变量地址小。
• 通常由程序员分（new、malloc）释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操做系统回收
• 堆是向高地址扩展的数据结构，，是一块不连续的内存的区域。引文系统是用链表来存储的空闲内存地址的。
• 在ios中,堆区的内存是应用程序共享的,堆中的内存分配是系统负责的

5. 栈区(stack)：

• 存放函数的参数值、局部变量的值等，由编译器自动分配释放，一般在函数执行结束后就释放了，iOS中栈区的大小是2M。
• 栈上的地址是从高到低分配，先声明的变量地址比后声明的变量地址要大。
• 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域

  

堆空间的申请

1. 操做系统有一个记录空闲内存地址的链表。
2. 当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，而后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。
3. 因为找到的堆结点的大小不必定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分从新放入空闲链表中

栈空间的申请

每个函数在执行的时候都会向操做系统索要资源，栈区就是函数运行时的内存，栈区中的变量由编译器负责分配和释放，内存随着函数的运行分配，随着函数的结束而释放，由系统自动完成。

• 静态分配是编译器完成的，好比自动变量(auto)的分配。
• 动态分配由alloca函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动的)，也就没有释放函数

堆栈的区别

• 按管理方式分

1. 对于栈来说，是由系统编译器自动管理，不须要程序员手动管理
2. 对于堆来说，释放工做由程序员手动管理，不及时回收容易产生内存泄露

• 按分配方式分

1. 堆是动态分配和回收内存的，没有静态分配的堆
2. 栈有两种分配方式：静态分配和动态分配
   • 静态分配是系统编译器完成的，好比局部变量的分配
   • 动态分配是有alloc函数进行分配的，可是栈的动态分配和堆是不一样的，它的动态分配也由系统编译器进行释放，不须要程序员手动管理

小结

我的以为主要弄清楚如下几点

1. 内存分配的地址从低到高，仍是从高到低
2. 每一个段或者区存放的变量是什么类型的
3. 栈和堆的管理、申请、释放、以及二者区别等，栈和堆是一个重点

demo示例【很重要】

运行环境：选择的模拟器是Iphone11 Pro Max

static int a = 10;
static int b;

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
       /* 代码段 */
    IMP imp = method_getImplementation(class_getInstanceMethod(self.class, @selector(viewDidLoad)));
    NSLog(@"【代码段】==> 编译以后的函数");
    NSLog(@"imp --- %p", imp);

    /* 数据段 */
    static int c = 10;
    static int d;
     /* 常量区 */
    NSString *str1 = @"脚底按摩"; // 直接写出来的，不是经过方法建立的字符串，编译时会生成为【字符串常量】
    NSString *str2 = @"精油推背";
    NSLog(@"【数据段/常量区】==> 字符串常量");
    NSLog(@"str1 --- %p", str1);
    NSLog(@"str2 --- %p", str2);
    /* 静态初始化区 */
    NSLog(@"【数据段/静态区】==> 已初始化数据");
    NSLog(@"c ------ %p", &c);
    NSLog(@"a ------ %p", &a);
     /* 静态未初始化区 */
    NSLog(@"【数据段/静态区】==> 未初始化数据");
    NSLog(@"d ------ %p", &d);
    NSLog(@"b ------ %p", &b);
    /* 堆 */
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    NSString *str3 = [NSString stringWithFormat:@"%@", @"测试字符串是否在堆上"];
    NSLog(@"【堆】==> 实例对象"); // 分配的内存空间地址【愈来愈大】，不连续的
    NSLog(@"obj ---- %p", obj);
    NSLog(@"str3 --- %p", str3);
    /* 栈 */
    int e = 20;
    int f;
    NSLog(@"【栈】==> 局部变量"); // 分配的内存空间地址【愈来愈小】，是连续的，无论有没有初始化都会分配
    NSLog(@"e ------ %p", &e);
    NSLog(@"f ------ %p", &f);
}
// 打印结果
2020-03-24 23:05:05.707713+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【代码段】==> 编译以后的函数
2020-03-24 23:05:05.707854+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] imp --- 0x10f55cae0
2020-03-24 23:05:05.707985+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【数据段/常量区】==> 字符串常量
2020-03-24 23:05:05.708091+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] str1 --- 0x10f55f060
2020-03-24 23:05:05.708197+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] str2 --- 0x10f55f080
2020-03-24 23:05:05.708307+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【数据段/静态区】==> 已初始化数据
2020-03-24 23:05:05.708411+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] c ------ 0x10f5614c0
2020-03-24 23:05:05.708510+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] a ------ 0x10f5614c4
2020-03-24 23:05:05.708621+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【数据段/静态区】==> 未初始化数据
2020-03-24 23:05:05.708723+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] d ------ 0x10f561648
2020-03-24 23:05:05.708982+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] b ------ 0x10f56164c
2020-03-24 23:05:05.719411+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【堆】==> 实例对象
2020-03-24 23:05:05.719575+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] obj ---- 0x600002a05610
2020-03-24 23:05:05.719692+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] str3 --- 0x600002642400
2020-03-24 23:05:05.719810+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【栈】==> 局部变量
2020-03-24 23:05:05.719932+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] e ------ 0x7ffee06a10c4
2020-03-24 23:05:05.720063+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] f ------ 0x7ffee06a10c0
复制代码

总结

1. 栈的地址通常是0x7开始，堆是0x6开始，而数据段是0x1
2. 静态区是在同一段内存连续分配的，按内存地址增加方向分配。
3. 未初始化静态区的地址比初始化的静态区地址更大，
4. 栈空间也是同一段内存连续分配的，按内存地址减少方向分配

问题和探讨

• ❓❓❓堆区的地址是从低到高分配，先声明的变量地址要比后声明的变量地址小，可是demo的输出结果，倒是从高到低分配的，这个还有待进一步了解

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
NSString *str3 = [NSString stringWithFormat:@"%@", @"测试字符串是否在堆上"];
2020-03-24 23:05:05.719411+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] 【堆】==> 实例对象
2020-03-24 23:05:05.719575+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] obj ---- 0x600002a05610
2020-03-24 23:05:05.719692+0800 03-内存管理-内存布局[3812:249391] str3 --- 0x600002642400
复制代码