15 - iOS的內(nèi)存認識

OC底層原理探索文檔匯總

主要內(nèi)容：

1、內(nèi)存的認識
2、棧區(qū)和堆區(qū)的使用驗證
3、內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出

內(nèi)存的認識

我們所說的內(nèi)存其實準確的說是虛擬內(nèi)存，不是物理內(nèi)存，由多張頁組成。
分成內(nèi)核區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，其中數(shù)據(jù)區(qū)包括五大區(qū)以及保留區(qū)。

  • 內(nèi)核區(qū)是系統(tǒng)進行內(nèi)核處理操作的區(qū)域
  • 五大區(qū)就是我們常說的棧、堆、全局區(qū)、常量區(qū)、代碼區(qū)。
  • 保留區(qū)是預(yù)留給系統(tǒng)處理nil等的區(qū)域

以4G手機為例，1個G用來存放內(nèi)核區(qū)，3個G用來存放數(shù)據(jù)區(qū)。

我們所涉及的其實就是五大區(qū)，通常使用的是棧和堆。這兩個要著重了解。

內(nèi)存布局.jpg

五大區(qū)的認識

內(nèi)存五大區(qū)圖示.png

棧

介紹： 棧是從高地址向低地址擴展的一段連續(xù)內(nèi)存空間，遵循先進后出原則

存儲：

  • 用來存放局部變量(函數(shù)參數(shù)）
  • 系統(tǒng)會自動分配和釋放，隨著方法的創(chuàng)建而創(chuàng)建，方法的銷毀而銷毀
  • 一般在運行時分配
  • 在iOS中是以0X7開頭的內(nèi)存空間

優(yōu)缺點：

優(yōu)點： 棧是由編譯器自動分配并釋放的，不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，所以快速高效
缺點： 內(nèi)存大小有限制，數(shù)據(jù)不靈活

注意：

  • 棧是系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的線程或進程是唯一的，也就是一個棧不能被多個線程或進程共享
  • 棧是從高地址向低地址擴展，也就是后添加的是低地址，先添加的在高地址，也就是后添加的是低地址，先添加的在高地址

棧為什么需要由高地址向低地址擴展？

  • 這樣設(shè)計可以使得堆和棧能夠充分利用空閑的地址空間，因為棧和堆的空間大小會隨著運行的過程不斷變化，所以無法界定棧和堆的分割線。無法確定給堆分配多少空間。
  • 所以棧和堆就分別從兩種向中間擴展內(nèi)存?？梢宰畲笙薅鹊睦檬Ｓ嗟牡刂房臻g

堆

介紹：

  • 堆是從低地址向高地址擴展的不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，通過指針來查找數(shù)據(jù)，遵循先進先出原則
  • 分配堆的空間大小不確定，而且它的生命周期時間不確定，所以需要人為管理。
  • 內(nèi)存管理基本上可以說是管理堆，在iOS中是通過引用計數(shù)來管理的

存儲：

  • 堆區(qū)是由程序員的動態(tài)分配和釋放的，堆區(qū)的分配一般是在運行時分配
  • 用來存儲引用類型數(shù)據(jù)
    • 用于存放OC中alloc或者new開辟空間創(chuàng)造的對象
    • 用于存放C語言中用malloc/calloc/realloc分配的空間，需要free釋放
  • 地址空間以0X6開頭，空間的分配總是動態(tài)的

優(yōu)缺點：

優(yōu)點： 靈活方便，數(shù)據(jù)適應(yīng)面廣泛，容量大
缺點： 需手動管理，速度慢、容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片

全局區(qū)

介紹： 全局區(qū)是編譯時分配的內(nèi)存空間，用來存儲全局變量和靜態(tài)變量，包括BSS區(qū)和data區(qū)

存儲：
BSS區(qū)：

  • 存放未初始化的全局變量和靜態(tài)變量
  • 初始化后回收

data區(qū)：

  • 存放已初始化的全局變量和靜態(tài)變量
  • 程序結(jié)束時系統(tǒng)回收

常量區(qū)

介紹： 常量區(qū)存儲常量

注意：

  • 常量區(qū)是編譯時分配的內(nèi)存空間
  • 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放

代碼區(qū)

介紹：

  • 代碼區(qū)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(nèi)存的
  • 也就是已經(jīng)被加載的類、常量，被編譯后的二進制代碼

存儲區(qū)的驗證

int quanju;
- (void)test{
    //棧
    NSInteger i = 123;
    NSLog(@"i的內(nèi)存地址：%p", &i);
    
    //堆
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    NSLog(@"obj的內(nèi)存地址：%p", obj);
    NSLog(@"&obj的內(nèi)存地址：%p", &obj);
    
    //靜態(tài)
    static NSInteger jingtai = 111;
    NSLog(@"jingtai的內(nèi)存地址：%p", &jingtai);
    
    //全局區(qū)
    quanju = 222;
    NSLog(@"quanju的內(nèi)存地址：%p", &quanju);
    
    //常量池
    NSString *string = @"CJL";
    NSLog(@"string的內(nèi)存地址：%p", string);
    NSLog(@"&string的內(nèi)存地址：%p", &string);
}

運行結(jié)果：

2021-11-09 22:23:24.958924+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] i的內(nèi)存地址：0x7ff7b233ef18
2021-11-09 22:23:24.959026+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] obj的內(nèi)存地址：0x600001b9c3b0
2021-11-09 22:23:24.959099+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] &obj的內(nèi)存地址：0x7ff7b233ef10
2021-11-09 22:23:24.959180+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] jingtai的內(nèi)存地址：0x10dbc6520
2021-11-09 22:23:24.959249+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] quanju的內(nèi)存地址：0x10dbc66a8
2021-11-09 22:23:24.959315+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] string的內(nèi)存地址：0x10dbc10c0
2021-11-09 22:23:24.959377+0800 內(nèi)存管理[76267:847507] &string的內(nèi)存地址：0x7ff7b233ef08

說明：

  • 從中可以看出在棧中的數(shù)據(jù)是以0x7開頭的
  • 堆的數(shù)據(jù)是以0x6開頭的
  • 常量區(qū)、靜態(tài)區(qū)、全局區(qū)的數(shù)據(jù)是以0x10開頭的

棧區(qū)的使用驗證

代碼：

void baseDataTypeTest(){
    int a = 9;
    int b = 10;
    int *f = &a;
    
    NSLog(@"基本數(shù)據(jù)類型的變量a:%d -- 變量地址：%p",a,&a);
    NSLog(@"基本數(shù)據(jù)類型的變量b:%d -- 變量地址：%p",b,&b);
    NSLog(@"基本數(shù)據(jù)類型的指針a:%p -- 指針b：%p",f,f-1);
    NSLog(@"指針變量f所指向的a變量的內(nèi)容：%d -- 變量b的內(nèi)容：%d",*f,*(f-1));
    NSLog(@"指針變量f所在的內(nèi)存地址:%p",&f);
}

結(jié)果：

 2021-10-12 12:29:14.880387+0800 指針偏移[70684:2791244] 基本數(shù)據(jù)類型的變量a:9 -- 變量地址：0x1040bb2bc基本類型都是在
 2021-10-12 12:29:14.880773+0800 指針偏移[70684:2791244] 基本數(shù)據(jù)類型的變量b:10 -- 變量地址：0x1040bb2b8
 2021-10-12 12:29:14.880818+0800 指針偏移[70684:2791244] 基本數(shù)據(jù)類型的指針a:0x1040bb2bc -- 指針b：0x1040bb2b8
 2021-10-12 12:29:14.880848+0800 指針偏移[70684:2791244] 指針變量f所指向的a變量的內(nèi)容：9 -- 變量b的內(nèi)容：10
 2021-10-12 12:29:14.880872+0800 指針偏移[70684:2791244] 指針變量f所在的內(nèi)存地址:0x1040bb2b0

分析：

  • 1、基本數(shù)據(jù)類型存儲在棧中，因此直接將10數(shù)值存儲在棧中
  • 2、棧的存儲方式是從高地址到低地址，所以變量a的地址值比變量b的地址值要高
  • 3、因為類型為int型，a占有4個字節(jié)，所以b地址比a地址低了4個字節(jié)
  • 4、&a是將變量a的地址取出來
  • 5、int *f = &a是將變量a的地址賦值到指針變量e上
  • 6、打印f和f-1可以看到分別打印的是a和b的地址，也可以證明指針變量存儲的就是地址
  • 7、為什么是f-1，而不是f+1，這是因為棧的存儲方式是從高地址到低地址，所以得到b的指針需要通過f-1
  • 8、*f是對指針變量使用 *，可以得到指針變量存儲的地址所存儲的內(nèi)容，因此 * f, *(f-1)分別到的a和b變量的內(nèi)容
  • 9、也可以對指針變量f取地址，取到的地址就是指針變量的地址,被b地址小了8個字節(jié)
棧的認識.png

堆區(qū)的使用驗證

代碼：

void quoteTest(){
    NSperson *person1 = [NSperson alloc];
    NSperson *person2 = [NSperson alloc];
    NSLog(@"引用類型的指針person1:%@ -- 變量地址：%p",person1,&person1);
    NSLog(@"引用類型的指針person2:%@ -- 變量地址：%p",person2,&person2);
}

運行結(jié)果：

 2021-10-12 12:29:14.881025+0800 指針偏移[70684:2791244] 引用類型的指針person1:<NSperson: 0x105014c50> -- 變量地址：0x1040bb2b8
 2021-10-12 12:29:14.881069+0800 指針偏移[70684:2791244] 引用類型的指針person2:<NSperson: 0x105013d90> -- 變量地址：0x1040bb2b0

分析：

  • 指針是在棧中，對象是在堆中
  • 一個指針占8個字節(jié)，所以指針按地址空間來說&p1和&p2二者之間相差8個字節(jié)
  • 而指針本身是緊挨著的，也就是說&p1的下一個指針就是&p2

圖示：

引用類型的指針偏移.png

堆棧溢出的認識

溢出原因

一般情況下應(yīng)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。當我們寫入的數(shù)據(jù)超出了分配的內(nèi)存空間，就會造成溢出。

  • 過多的遞歸會導致棧溢出。
  • 過多的alloc變量會導致堆溢出。

預(yù)防方法

棧：

  • 避免層次過深的遞歸調(diào)用；
  • 一個函數(shù)內(nèi)不要使用過多的局部變量，控制局部變量的大小

堆：

  • 避免分配占用空間太大的對象
  • 對象要及時釋放
  • 實在不行，適當?shù)那榫跋抡{(diào)用系統(tǒng)API修改線程的堆棧大小，可以改大；

堆棧泄漏的認識

內(nèi)存泄漏通俗來說：本該回收的對象沒有及時回收，無法分配給別人，相當于失去了這一部分內(nèi)存。

原因可能有這幾種：

  • 創(chuàng)建大量對象后沒有去釋放
  • 循環(huán)引用，對象無法釋放

總結(jié)

  • 我們的內(nèi)存分為內(nèi)核區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)有五大區(qū)和保留區(qū)
  • 我們通常所說的內(nèi)存管理其實就是指管理堆，因為棧會很快被釋放掉，全局區(qū)、常量池、代碼區(qū)都是系統(tǒng)控制的
  • 全局區(qū)是可讀可寫的，編譯時分配好內(nèi)存空間后還可以動態(tài)的寫入，
  • 常量區(qū)和方法區(qū)都是只讀的，在編譯時就已經(jīng)分配好后不可再動態(tài)寫入
  • 避免堆棧溢出
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