C/C++/OC 内存布局

作者: 启发禅悟 | 来源:发表于2016-11-28 18:24 被阅读479次

    这几天看了些关于内存布局的文章,发帖总结摘录下重点。

    C语言的内存模型
    C语言的内存模型

    程序代码区(code area)

    存放函数体的二进制代码

    静态数据区(data area)

    也称全局数据区,包含的数据类型比较多,如全局变量、静态变量、一般常量、字符串常量。其中:

    • 全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。
    • 常量数据(一般常量、字符串常量)存放在另一个区域。

    注意:静态数据区的内存在程序结束后由操作系统释放。

    堆区(heap area)

    一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序运行结束时由操作系统回收。malloc()、calloc()、free()等函数操作的就是这块内存。

    注意:这里所说的堆区与数据结构中的堆不是一个概念,堆区的分配方式倒是类似于链表。

    栈区(stack area)

    由系统自动分配释放,存放函数的参数值、局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

    命令行参数区

    存放命令行参数和环境变量的值,如通过main()函数传递的值。

    C语句的个部分会出现在哪些段中 可执行文件的段在内存中如何布局

    C语言的内存布局相对简单,但也是最基本的。在编译过程中就已经确定了所有函数的地址(偏移地址)。

    C语言没有对象的概念,那么变量的布局非常简单,固定。除去全局,静态的变量分配在静态数据区,其它的临时变量,参数等,要么分配在栈区由系统自动管理,要么由malloc()、calloc()、free()等函数由程序员管理分配在堆区。而变量本身的空间大小,在分配时是相对简单并可以确定的。

    C++对象的内存布局

    C++语言在C的基础上添加了面向对象的概念,引入了封装,继承,多态。而一个对象的内存布局就相对于C语言的结构体等在内存的布局要复杂的多。
    在C++中,有两种数据成员(class data members):static 和nonstatic,以及三种类成员函数(class member functions):static、nonstatic和virtual:

    C++数据成员及成员函数类型

    现在我们有一个类Base,它包含了上面这5中类型的数据或函数:

    class Base
    {
        public:
        
        Base(int i) :baseI(i){};
        
        int getI(){ return baseI; }
        
        static void countI(){};
        
        virtual void print(void){ cout << "Base::print()"; }
        
        virtual ~Base(){}
        
        private:
        
        int baseI;
        
        static int baseS;
    };
    
    Base类图 Base内存布局

    可以看到,对一个C++对象来说,它的内存布局仅有虚表指针和非静态成员,而其他的静态成员,成员函数(静态,非静态),虚表等都是布局在类上的。
    当然,这是没有考虑继承的情况。继承情况下会更复杂一些。可以参考(http://www.cnblogs.com/QG-whz/p/4909359.html

    OC对象的内存布局

    OC对象的内存布局相对于C++更为复杂一些,出现了元类的概念:


    OC对象内存布局

    简单来说,最左边的是对象(Instance),中间的是类(Class),最右边的是元类(Meta Class)。属性(包括父类)都保存在对象本身的存储空间内;本类的实例方法保存在类中,本类的类方法保存在元类中。

    那么对象的内存布局如下:isa 指针指向其类,其余空间保存各级的属性(ivar)

    Paste_Image.png

    而类的内存布局如下:

    struct objc_class
    {
        struct objc_class* isa;
        struct objc_class* super_class;
        const char* name;
        long version;
        long info;
        long instance_size;
        struct objc_ivar_list* ivars;
        struct objc_method_list** methodLists;
        struct objc_cache* cache;
        struct objc_protocol_list* protocols;
    };
    

    isa 指针指向其元类,super_class指针指向其父类,此外还包含实例变量列表、方法列表、协议列表。
    这里特别要指出的是实例变量列表中的实例变量的定义如下,它包含了变量的名称、类型、偏移等,但却不包括变量的值-----值在对象而非类中:

    struct objc_ivar {
        char *ivar_name  OBJC2_UNAVAILABLE;
        char *ivar_type  OBJC2_UNAVAILABLE;
        int ivar_offset  OBJC2_UNAVAILABLE;
    #ifdef __LP64__
        int space        OBJC2_UNAVAILABLE;
    #endif
    }
    

    参考文章:
    C语言的代码内存布局详解
    C语言内存模型
    图说C++对象模型:对象内存布局详解
    c++的类的内存布局
    OC优缺点
    OC对象的内存布局
    Objetive-C内存布局

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