Objective-C 里的栈和堆

程序的内存布局（Program Memory Layout）

下图展示的是一个简单的计算机程序的内存结构：

上图 stack 位于高位地址，text 位于低位地址。

• Text：文本区，也称代码区（Code Segment），存放着可执行指令。这个区域的数据一般是只读的。
• Data：数据区，也称初始化数据区，存放着一些已经初始化了的静态变量，全局变量或者一些文字常量等。
• BSS：BSS（Block Started by Symbol）区，也称未初始化数据区，存放着所有未初始化的全局变量和静态变量。
• Heap：堆区，其数据结构类似于链表，其大小是不固定的。堆区的大小由程序员通过 malloc，calloc，realloc，free 等操作来管理。
• Stack：栈区，其数据结构类似于数组，并且是后进先出（LIFO）的结构。栈区的内存是由系统管理的，当一个函数被调用，一个栈帧（局部变量，参数和返回地址）会被压入栈区，但函数返回时，这个栈帧会从栈区弹出，所以太深的递归调用会导致栈溢出。

为了更好的了解那些数据存储在哪个区域，大家可以看看下面这段代码：

int a = 0; // Data 区
char *p1; // BSS 区
void main() {
    int b; // 栈区
    char s[] = "abc"; // 栈区
    char *p2; // 栈
    char *p3 = "123456"; // "123456\0" 在 Data 区，p3 在栈区
    static int c = 0; // Data 区
    
    // 分配得来的10和20字节的区域就在堆区
    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20);
    
    strcpy(p1, "123456"); // "123456\0" 在 Data 区，编译器可能会将它与 p3 所指向的"123456"优化成同一个地方
    
    return;
}

栈对象 vs. 堆对象

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

上面这段代码由 NSObject alloc 出来的内存在堆区，即 obj 指向的是一个堆对象。

Objective-C 不可以直接创建栈对象，但是可以通过以下的代码来实现：

struct {
    Class isa;
} fakeNSObject;
fakeNSObject.isa = [NSObject class];
    
NSObject *obj = (NSObject *)&fakeNSObject;
NSLog(@"%@", [obj description]);

C++ 是支持创建栈对象和堆对象的，例如下面代码：

string stackString;
string *heapString = new string;

栈对像拥有以下优点：

• 速度：在栈区分配空间是非常快的，因为它在编译过程中就已将创建好了。
• 简单：栈对象的内存由系统管理，你不需要手动管理其内存，也不用担心内存泄漏。

栈对象的缺点：

• 不安全：由于栈对象的内存是系统管理的，栈对象的唯一拥有者是函数，一旦函数返回了，函数内的栈对象都会被销毁，此时如果有某一指针指向这个栈对象，那这个指针则会变成野指针，再次使用会导致奔溃。
• 不灵活：栈对象没有堆对象那么灵活，堆对象可以随时创建和销毁。

Objective-C 中实际的栈对象

Objective-C 中的 Block 有三种类型：Stack，Global 和 Malloc。

一般我们创建的 Block 大部分都会在栈上，如果你需要持续使用它，需要将其 copy 到堆，这也是为什么当 Block 作为属性时，常常要用 copy 修饰。

参考

• Data segment
• Stack and Heap Objects in Objective-C