C++内存四区之代码区、全局区、栈区和堆区

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C++内存四区

C++ 在程序执行时，将内存大致分为代码区，全局区，栈区和堆区四个区域。不同的区域存储不同的数据，赋予不同的生命周期，能够更灵活地进行编程。

C++内存四区之代码区、全局区、栈区和堆区

代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统管理创建，代码区时共享的，对于频繁被执行的程序，只需要存有一份代码即可；
全局区：存放全局变量和静态变量以及常量，在程序结束后由操作系统释放；
栈区：由编译其自动分配释放，存放函数的参数值以及局部变量等；
堆区：一般由程序员通过 new 开辟空间，进行分配和释放，若程序员不释放，则程序结束时由操作系统回收

下面通过一个例子对全局区，栈区，堆区的数据声明周期进行说明：

// 全局变量属于全局区，由操作系统管理释放
int g_a = 1;
int g_b = 2;
int main(void)
{
 cout << "g_a 的地址为：\t"<< int(&g_a) << endl;
 cout << "g_b 的地址为：\t" << int(&g_b) << endl;
 // 创建普通的局部变量,属于栈区
 int a = 10;
 int b = 20; 
 cout << "a 的地址为：\t" << int(&a) << endl;
 cout << "b 的地址为：\t" << int(&b) << endl;
 // 创建静态变量，属于全局区
 static int s_a = 40;
 static int s_b = 50;
 cout << "s_a 的地址为：\t" << int(&s_a) << endl;
 cout << "s_b 的地址为：\t" << int(&s_b) << endl;
 // 程序员自己创建变量，属于堆区
 int* d_a = new int(10);
 int* d_b = new int(20);
 cout << "d_a 的地址为：\t" << int(d_a) << endl;
 cout << "d_b 的地址为：\t" << int(d_b) << endl;
}

输出结果为：

g_a 的地址为： 5300224g_b 的地址为： 5300228
a 的地址为： 6421316b 的地址为： 6421304
s_a 的地址为： 5300232s_b 的地址为： 5300236
d_a 的地址为： 9547944d_b 的地址为： 9547992

我们从中可以看到，g_a，g_b，s_a，s_b 都属于全局区，同理，a，b 都属于栈区，d_a，d_b 都属于堆区。由于栈区的数据在程序运行结束后会被编译器自动销毁，因此不要返回局部变量的地址，举例如下：

int* func()
{
 int a = 10; // 栈区数据，在程序执行完之后自动释放
 return &a; //虽然返回了a的地址，然而数据在func结束时已经被销毁
}

int main(void)
{
 int* a = func(); // 此时a表示在函数func在栈区开辟的地址，但是其中的数据已被销毁
 cout << "a 的地址为：\t" << int(a) << "a 存放的数据为：\t" << *a << endl;
 cout << "a 的地址为：\t" << int(a) << "a 存放的数据为：\t" << *a << endl;
}

输出结果为：

a 的地址为： 7601480a 存放的数据为： 10
a 的地址为： 7601480a 存放的数据为： 2084553696

由于编译器会对栈区的数据做一次保留，因此第一条的 cout 语句能够正常输出，然而第二次的输出才是内存地址 a 中的数据。

相反，堆区数据由程序员自己进行管理，在程序执行完之后并不会自动释放。当整个程序执行完毕之后会由操作系统释放。

int* func()
{
 int * a = new int(10); // 程序员使用new在堆区开辟空间，在程序执行完之后自动释放
 return a; //同样返回了a的地址，然而只要程序没有运行结束，除非程序员释放，否则会一直保留
}

int main(void)
{
 int* a = func(); // 此时a表示在函数func在堆区开辟的地址，编译器无法自动销毁
 cout << "a 的地址为：\t" << int(a) << "a 存放的数据为：\t" << *a << endl;
 cout << "a 的地址为：\t" << int(a) << "a 存放的数据为：\t" << *a << endl;
}

输出结果为：

a 的地址为： 23507016a 存放的数据为： 10
a 的地址为： 23507016a 存放的数据为： 10

附：内存四区的小结

1、栈区(stack)：就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是函数的返回地址、参数、局部变量、返回值等，从高地址向低地址增长。在一个进程中，位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数的调用。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区(heap)：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，在程序运行过程中可以动态增加堆大小(移动break指针)，从低地址向高地址增长。

堆：是操作系统所维护的一块特殊内存，它提供了动态分配的功能，当运行程序调用malloc()时就会从中分配，稍后调用free()可把内存交还。

自由存储区：自由存储是C++中通过new和delete动态分配和释放对象的抽象概念，通过new来申请的内存区域可称为自由存储区。基本上，所有的C++编译器默认使用堆来实现自由存储，也即是缺省的全局运算符new和delete也许会按照malloc和free的方式来被实现，这时藉由new运算符分配的对象，说它在堆上也对，说它在自由存储区上也正确。但程序员也可以通过重载操作符，改用其他内存来实现自由存储，例如全局变量做的对象池，这时自由存储区和堆区就有区别了。

3、数据区：主要包括静态全局区和静态区，如果要站在汇编角度细分的话还可以分为很多小的区。

全局区&静态区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的 C 语言中，全局变量和静态变量又分为

　　　　全局初始化区(DATA段) ：存储程序中已初始化的全局变量和静态变量

　　　　未初始化段(BSS段) ：存储未初始化的全局变量和静态变量（局部+全局）。BSS段在DATA段的相邻的另一块区域。

　　　　　　　　　　　　　　BBS段特点：在程序执行前BBS段自动清零，所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行前已经成为0。

　　在 C++ 里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

4、代码区：包括只读存储区和文本区，其中只读存储区存储字符串常量，就是常量区，文本区存储程序的机器代码。