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在 C/C++ 编程中，内存管理是一个重要的基础知识。但国内的大多数初学者是接触不到这些内容的，本文就简单讲解一下，程序编译运行后，代码都被划分成那些区域，再通过运行时程序控制运行的。
一、内存分区简介
C/C++ 程序的内存通常分为以下几个部分：
栈区（Stack）
栈区用于存储函数调用时的临时变量（如局部变量、函数参数等）。它由操作系统自动管理，分配和释放内存，速度快，但空间有限。堆区（Heap）
堆区是程序运行中动态分配内存的区域，通常由程序员通过malloc或new分配内存，并需要用free或delete手动释放。静态区（Static Segment）
静态区存储程序中的全局变量、静态变量和常量。它们在程序运行期间分配一次，直到程序结束时才释放。只读区（Read-Only Segment）
只读区存放不可修改的常量数据（如字符串字面量）。尝试修改只读区的数据会导致程序崩溃。代码区（Code Segment）
代码区存储程序的可执行指令，通常是只读的，防止代码被意外修改。
二、栈区
1. 栈区的特点
- 自动管理：栈区由操作系统自动分配和释放，程序员无需干预。
- 存储内容：存储局部变量、函数参数、返回地址等。
- 生命周期：变量在函数调用时分配，函数结束时自动销毁。
- 效率高：栈区由于连续的内存分配和自动管理，访问速度非常快。
2. 栈区的示例代码
#include <iostream>
void exampleFunction() {
int a = 10; // 局部变量，存储在栈区
int b = 20; // 局部变量
std::cout << "a + b = " << (a + b) << std::endl;
}
int main() {
exampleFunction();
return 0;
}
在上面的代码中，a 和 b 是局部变量，存在栈区。当 exampleFunction 执行完毕后，a 和 b 的内存会被自动释放。
3. 开发中的注意事项
- 栈溢出（Stack Overflow）：栈空间有限（通常为几 MB），如果递归深度过大或局部变量占用内存过多，可能会导致栈溢出。
- 禁止返回栈内存地址：函数结束后，栈上的变量会被销毁，因此返回它们的地址是危险的。
int* riskyFunction() {
int a = 10;
return &a; // 错误！返回已释放的栈内存地址
}
三、堆区
1. 堆区的特点
-
手动管理：程序员需要通过
malloc或new分配内存，并使用free或delete释放内存。 - 存储内容：动态分配的内存，例如对象、数组等。
- 生命周期：由程序员控制，手动释放前内存会一直占用。
- 灵活性：堆内存可以在程序运行时动态调整大小。
2. 堆区的示例代码
#include <iostream>
int main() {
int* p = new int(42); // 在堆区分配一个整数，值为 42
std::cout << "Value: " << *p << std::endl;
delete p; // 手动释放内存
return 0;
}
3. 开发中的注意事项
- 及时释放内存：忘记释放堆内存会导致内存泄漏，特别是在长时间运行的程序中。
-
避免悬空指针：释放堆内存后，指针仍然指向已释放的地址。建议将指针置为
nullptr。
int* p = new int(10);
delete p;
p = nullptr; // 避免悬空指针
四、静态区
1. 静态区的特点
- 全局变量和静态变量存储在静态区。
- 生命周期长：变量从程序开始到程序结束始终存在。
- 默认初始化：未显式初始化的全局变量和静态变量会被自动置为零值。
2. 静态区的示例代码
#include <iostream>
int globalVar = 100; // 全局变量，存储在静态区
void staticExample() {
static int staticVar = 10; // 静态局部变量，存储在静态区
staticVar++;
std::cout << "staticVar = " << staticVar << std::endl;
}
int main() {
staticExample();
staticExample(); // 再次调用时，staticVar 保留上次的值
return 0;
}
五、只读区
1. 只读区的特点
-
存储不可修改的数据：包括字符串字面量和
const修饰的全局变量。 - 只读属性：尝试修改只读区的数据会导致运行时崩溃。
2. 示例代码
#include <iostream>
int main() {
const char* str = "Hello, World!"; // 字符串字面量，存储在只读区
// str[0] = 'h'; // 错误！尝试修改只读区内容
std::cout << str << std::endl;
return 0;
}
六、堆栈区与操作系统堆栈区的关系
1. 操作系统堆栈区是什么？
- 操作系统为每个线程分配了一块栈内存，称为线程栈或系统栈。
- 在 C/C++ 中，程序的栈区就位于操作系统分配的线程栈中。
2. 关系与区别
- 线程栈是栈区的底层实现：C/C++ 的栈区实际上是操作系统分配的线程栈的一部分。
- 操作受限：程序员无法直接操作操作系统的线程栈，栈区的内存分配完全由编译器和操作系统管理。
七、内存区域的对比表
| 特性 | 栈区 | 堆区 | 静态区 | 只读区 |
|---|---|---|---|---|
| 管理方式 | 系统自动分配和释放 | 程序员手动分配和释放 | 系统自动分配，程序结束释放 | 系统自动分配，程序结束释放 |
| 存储内容 | 局部变量、函数参数等 | 动态分配的对象和数组 | 全局变量、静态变量等 | 常量数据（如字符串字面量） |
| 生命周期 | 函数调用期间 | 程序员控制 | 程序运行期间始终存在 | 程序运行期间始终存在 |
| 是否可修改 | 可修改 | 可修改 | 可修改 | 不可修改 |
| 速度 | 快速 | 相对较慢 | 快速 | 快速 |
| 空间大小 | 受限（一般为几 MB） | 较大（由系统内存决定） | 较大 | 较小 |
八、堆栈区与堆栈数据结构是否有关系
注意，堆栈区和堆栈实际上没有直接关系。但栈区的数据结构通常确实是栈，但堆区的数据结构一般都比较复杂，不同语言实现也都不太一样。
九、简单总结
- 栈区 是函数调用期间的临时存储区域，速度快但空间有限。
- 堆区 提供灵活的内存分配方式，但需要程序员手动管理。
- 静态区 用于存储全局变量和静态变量，这些变量贯穿程序的整个生命周期。
- 只读区 存放不可修改的常量数据，修改会导致错误。
- 栈区和操作系统堆栈区密切相关，栈区是线程栈的一部分，由操作系统和编译器协同管理。
理解这些内存区域的作用和特点，不仅能帮助你写出高效的代码，还能避免常见的 Bug，比如内存泄漏、栈溢出等问题。希望本文对你有所帮助！
