C/C++程序的内存分区

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正确理解C/C++程序的内存分区,对程序员来说是最基本的要求。

网络上流形两大版本内存分区,分别为:

  1. 五大内存分区:堆、栈、全局/静态存储区、自由存储区和常量存储区。
  2. 五大内存分区:堆、栈、全局/静态存储区、字符串常量区和代码区。
    且不论以上两种分区孰是孰非,孰优孰劣,个人认为具体的内存分区和编译器有很大关系,不同编译器对内存的划分都不尽相同,但也大同小异。
    综合对比,查阅相关资料,提出个人对C/C++程序的内存分区的认识。可划分为四大内存分区:静态存储区代码区,即内存四区。

堆区

由开发人员手动申请,手动释放,若不手动释放,程序结束后由系统回收,生命周期是整个程序运行期间。使用malloc或者new进行堆的申请,堆的总大小为机器的虚拟内存的大小。
说明:new操作符本质上是使用了malloc进行内存的申请,new和malloc的区别如下:
(1)malloc是C语言中的函数,而new是C++中的操作符。
(2)malloc申请之后返回的类型是void*,而new返回的指针带有类型。
(3)malloc只负责内存的分配而不会调用类的构造函数,而new不仅会分配内存,而且会自动调用类的构造函数。

注:理解机器虚拟内存看:https://zhuanlan.zhihu.com/p/96098896
malloc 是 memory(内存)+ allocation(分配)两个英文拼凑的。读[‘mælɒk]

栈区

由系统进行内存的管理。主要存放函数的参数以及局部变量。
在函数完成执行,系统自行释放栈区内存,不需要用户管理。
整个程序的栈区的大小可以在编译器中由用户自行设定,VS中默认的栈区大小为1M,可通过VS手动更改栈的大小。
64bits的Linux默认栈大小为10MB,可通过ulimit -s临时修改。

静态存储区

静态存储区内的变量在程序编译阶段已经分配好内存空间(虚拟内存地址,在程序执行时会映射到对应的物理地址处)并初始化(在程序开始执行时,在main方法运行前,就已经就位了)。这块内存在程序的整个运行期间都存在,它主要存放静态变量、全局变量和常量。
注意:
(1)这里不区分初始化和未初始化的数据区,是因为静态存储区内的变量若不显示初始化,则编译器会自动以默认的方式进行初始化,即
静态存储区内不存在未初始化的变量。
(2)静态存储区内的常量分为常变量字符串常量(即字符串字面值),一经初始化,不可修改。常变量 分为编译期常变量和运行期常变量,区别是一个是在函数外定义的(存储在静态存储区),一个是在函数内定义的(存储在栈区),这里说的函数内定义的常变量只是用const一个限定词修饰的变量,如 const int a = 2。 如果是在函数内用static const 修饰变量,static在前,首先被它修饰的变量 首先是静态的,然后才是常变量,上面我们也说了静态变量是存储在静态存储区。
(3)字符串常量存储在静态存储区的常量区,字符串常量的名称即为它本身,属于常变量。这是说的就是 如 “abc”,“hello”,”中国人”的字符 串字面值。
(4)数据区的具体划分,有利于我们对于变量类型的理解。不同类型的变量存放的区域不同。后面将以实例代码说明这四种数据区中具体对应的变量。
(5)被const修饰的变量,可能存储在栈区,静态存储区,要看定义的地方。如果不涉及常量指针或指针常量 ,只是 如 const int a = 2;这种形式 ,是不允许修改 右值的。

代码区

代码区:存放程序编译后的二进制代码(存放二进制的机器指令),和 除字符串字面值外的其他类型的字面值都在代码区, 不可寻址(不可以寻址, 指的是不能通过&获得其地址),这里说的不可寻址是指的这些位于代码区的字面值不可寻址,而位于代码区的函数等都是可以寻址的。
int a = 0;//静态全局变量区
char *p1; //编译器默认初始化为NULL
void main()
{
    int b; //栈
    char s[] = "abc";//s在栈,"abc"在字符串常量区,尾部加\0,在函数体内执行到此处时,把"abc\0",从静态存储区拷贝一份数据到栈区,赋值给s.
    char *p2 = "abc";//字符串字面值123456存储在字符串常量区,尾部加\0(这里的字符串字面值会被优化后,在静态存储区只存一份),p2在栈上,在函数体内执行到此处时,把"abc\0",的首地址返给p2。现在的多数编译器都要求这种形式声明的字符串,前面加 const ,变成 const char *p2。防止修改静态存储区的字符串常量。而上面char s[] 操作修改的话,是修改自己栈里的那份数据,不是修改的静态存储区里的。
    static int c =0; //c在静态变量区,0为文字常量,在代码区
    const int d=0; //栈
    static const int d;//静态常量区
    p1 = (char *)malloc(10);//分配得来得10字节在堆区。
    strcpy(p1, "abc"); //123456放在字符串常量区,编译器可能会将它与p2所指向的"abc"优化成一个地方
}"abc" 被 加载到静态存储区时,是按照字符数组的方式存储在静态存储区的,会在其后面自动添加\0;
注:这里的"abc" 被优化后在静态存储区里只有一份。

总结

在理解C/C++内存分区时,常会碰到如下术语:数据区,堆,栈,静态存储区,静态区,常量区,常变量区,全局区,字符串常量区,静态常量区,静态变量区,文字常量区,代码区等等,初学者被搞得云里雾里。在这里,尝试捋清楚以上分区的关系。
数据区包括:堆,栈,静态存储区。
静态存储区包括:常量区(静态常量区),全局区(全局变量区)和静态变量区(静态区)。
常量区包括:字符串常量区和常变量区。
可以说,C/C++内存分区其实只有两个,即代码区(存放二进制的机器指令)和数据区。

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