【iOS】内存五大分区

文章目录

前言
一、栈区(Stack)
二、堆区(Heap)
三、全局区/静态区(Global/Static)
四、常量区(Constant)
五、代码区(Code/Text)
总结

前言

iOS里内存主要分为五大区域：栈区、堆区、全局区/静态区、常量区、代码区

五大分区描述的是进程虚拟地址空间的布局，并不是物理内存布局。真正访问时，由MMU完成虚拟地址到物理地址的映射

具体如图：

从下到上分别是从低地址到高地址，代码区→常量区→全局 / 静态区→堆区→栈区，内核区位于最高地址

堆区向上生长，栈区向下生长，这里为啥这么设计是因为这样相向设计，只有到几乎用满整个内存的时候才会相撞，但是同方向几乎很快，一增长就冲突，这样相向提高了内存利用率还可以延迟冲突发生时间

栈为什么一定向下增长？

栈向低地址增长主要是因为早期 CPU 的设计使栈指针递减更高效，同时配合内存高地址布局可以与堆形成相向增长，从而最大化利用内存空间。

为什么堆向上增长？malloc不断申请更高地址

一、栈区(Stack)

核心特性

存储方向：从高地址向低地址分配，内存连续
管理方式：系统自动分配/释放(函数结束后立即回收)
典型存储：局部变量、方法参数(如self,_cmd)、函数返回地址
地址特征：iOS中以0x7或0x16开头

代码演示：

objc 复制代码

int a = 10;
NSLog(@"a == %p size == %lu", &a, sizeof(a));
NSLog(@"方法参数self：%p", &self);
NSLog(@"方法参数cmd：%p", &_cmd);

运行结果：

地址分别从0x16f0a3988(self)->0x16f0a3980(cmd)->0x16f0a396c(a)由高到低递减，步长8字节，验证栈的后进先出的特性

优缺点

优点：速度快(系统自动管理)，无内存碎片
缺点：空间受限(iOS主线程栈大小1MB，其他线程512KB)

函数帧和栈帧

栈帧

函数运行时在栈区分配的独立连续的内存区域，包含：

局部变量：函数内定义的变量(如int z = x + y😉
调用记录：返回地址(LR)、当前函数指针(PC)、栈基址(FP)、栈指针(SP)等
参数传递：函数参数通过栈帧传递（如Add(a, b)中的a和b）

函数调用流程

压栈：调用函数时，系统重新创建新的栈帧，将参数、局部变量、PC/LR等压入栈区

例：main函数调用Add(a, b)时，先压入a、b，再压入Add函数的栈帧
执行：函数在栈帧内执行，操作局部变量(计算z = x + y)
出栈：函数执行完毕，栈帧出栈，释放内存，程序通过LR返回调用处(从Add返回main)

objc 复制代码

- (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;  
}

栈帧变化

testStackFrame调用时，栈帧压入a、b、sum等局部变量。
调用addWithA:b:时，新栈帧压入参数a、b，计算后通过 LR 返回结果。
函数结束后，两层栈帧依次出栈，释放内存

二、堆区(Heap)

核心特性

存储方向：从低地址向高地址分配，内存不连续(基于链表管理)
管理方式：手动分配/释放(alloc/free等)要避免内存泄漏
典型存储：OC 对象（[NSObject new]）、动态分配的数据（malloc）
地址特征：iOS里以0x6开头

代码演示：

objc 复制代码

NSObject *object1 = [NSObject new];
NSObject *object2 = [NSObject new];
NSLog(@"object1 = %@", object1);
NSLog(@"object2 = %@", object2);

我们看到这两地址不是连续的，验证堆非连续分配的特性

对象在堆里，那成员变量在哪里

objc 复制代码

@interface Person : NSObject
{
    int age;
}
@end

Person *p = [Person new];

如上代码的话

p（指针变量）在栈（如果是局部变量）。
Person 对象本体在堆。
age 是对象的一部分，也在堆里，跟着对象一起存储，而不是单独在栈或全局区。

和栈区的对比

纬度	栈区	堆区
分配方式	系统自动(LIFO)	手动分配(链表遍历)
内存的连续性	连续	不连续
生命周期	函数作用域内	手动释放或程序结束
空间大小	受限制(1MB/512KB)	受限于虚拟内存
碎片问题	无	容易产生

堆栈溢出的风险

栈溢出
- 原因：递归深度过深(如无限递归)或者局部变量过多，超出栈空间限制(主线程1MB)
- 后果：程序崩溃，抛出EXC_BAD_ACCESS异常
堆溢出
- 原因：频繁分配大内存(如循环创建未释放的对象)，耗尽虚拟内存
- 后果：内存不足，系统终止进程

堆内存碎片为什么产生

假设先 alloc 一个 100 字节的对象 A，又 alloc 一个 200 字节的对象 B，然后 A 释放了。此时堆里有一块 100 字节的空洞。下次要 alloc 一个 150 字节的对象，这 100 字节空洞用不了，只能跳到别处分配 → 碎片越来越多。

这里如果后面有小于等于100的还可以放进100内存，只是后面如果比100大，就会一直空出来，后面可能会越空越多

三、全局区/静态区(Global/Static)

内存划分

.bss段：存储的是未初始化的全局变量和静态变量，程序启动时自动清0
.data段：存储已初始化的全局变量和静态变量

代码演示：

objc 复制代码

int globalVar;          // 未初始化全局变量（.bss）
static int staticVar;   // 未初始化静态变量（.bss）
int initGlobal = 200;    // 已初始化全局变量（.data）
static int initStatic = 211; // 已初始化静态变量（.data）
- (void)test{
	NSLog(@"globalVar = %p", &globalVar);
    NSLog(@"staticVar = %p", &staticVar);
    NSLog(@"initGlobal = %p", &initGlobal);
    NSLog(@"initStatic = %p", &initStatic);
}

我们看到.bss段和.data地址分别都是连续的，都是相差4字节

static静态变量

objc 复制代码

void test() {
    static int count = 0;//在全局/静态区，但是只在函数内可见
    count++;
    NSLog(@"%d",count);
}
//多次调用test，count地址不变，值增加

区别

类型	作用域	初始化时机
全局变量	全程序可见	程序启动时分配
静态全局变量	当前文件可见	程序启动时分配
静态局部变量	函数内可见	第一次调用时分配

四、常量区(Constant)

存储内容：字符串常量(如@"Hello")以及只读数据、const修饰的只读数据（编译器决定）
特性
- 只读，程序运行时不可以修改
- 编译时分配，程序结束后由系统释放

五、代码区(Code/Text)

存储内容：编译后的二进制的指令(函数题、方法实现)
特点：
- 只读，防止程序运行时意外改变代码
- 共享性：相同程序的多个实例共享代码区（多个app的进程共享系统库代码）
- 安全性：防止恶意代码注入和篡改，防御缓冲区的溢出攻击

代码区对应Mach-O中的TEXT段，主要包括:_ text 、_cstring等只读内容。

总结

区域	存什么	谁管理	是否连续	生命周期
栈	局部变量、参数	系统	连续	函数结束
堆	OC对象、malloc	ARC/MRC、程序员	不连续	引用计数
全局/静态	全局变量、static	系统	连续	程序结束
常量	字符串常量、只读数据	系统	只读	程序结束
代码	函数、方法实现	系统	只读	程序结束