C++内存区域

本文深入解析C++内存区域,包括栈、堆、自由存储区、全局存储区和常量存储区,并详细阐述了它们的功能、区别及在编程实践中的常见错误,如越界访问和内存泄漏,提供了宝贵的调试思路。
C++内存区域分为五个部分。分别是栈、堆、自由存储区、全局存储区、常量存储区。

1.栈:由编译器分配的内存,在不需要的时候自动清除的变量存储区。

栈中一般保存局部变量,函数参数等。

2.堆:由程序员自己控制的内存分配区域(new),堆中分配的内存编译器
不负责释放,如果申请的内存使用完后不释放(delete)会造成内存泄漏,
进程结束后,操作系统会自动回收。

3.自由存储区:由malloc分配的内存块,和堆相似,使用free来释放。

4.全局存储区:保存全局变量和静态变量。

5.常量存储区:保存常量的区域,不允许修改。

无论堆和栈,在写程序时候,越界访问是比较常见的错误,越界读写一般都会造成程序的崩溃,尤其是写入数据,会对堆或者栈造成破坏,dump文件就无法记录出堆栈状态,出现0KB的dump文件,这种错误一般都比较难查。

栈的大小是有限制的,根据编译器或者平台的设置不同,栈大小就会不同,一般1、2M,超过这个限制会造成栈溢出(比如逻辑错误,出现无限递归的情况)。而堆空间会比较大,在32位系统下,比4GB小一些(2的32次方)。

堆的增长方式是向上的,向着内存地址增大的方向增长,而栈的增长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长,程序初始化时规定了栈的最大地址,这样就造成了栈的大小是限制的。

栈和堆的分配效率是不同的,栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。


堆和栈分配的例子:


void fun ()
{
int * p = new int;
}


在这个简单的例子中就包含了堆和栈,new int,我们分配了一块堆内存,int * p,这句话我们在栈中申请了一块内存存放这个指针,在函数结束后,会自动释放掉这块内存(仅仅是指针本身内存,不是指针指向地址的内存),所以,这句话的意思是在栈中存放了一个指向堆内存的指针p,函数结束时,栈中内存,会自动释放,而堆中的内存没有通过delete语句删除。
<think>嗯,用户想了解C++内存分区,包括堆、栈、全局和数据段这些区域。首先,我需要回忆一下C++内存模型。根据之前学过的知识,C++程序运行时内存一般分为几个区域:栈、堆、全局/静态存储区、常量区和代码区。不过不同资料有时候分法不同,有的说是五区,有的四区。得确认一下引用的内容。 引用[1]里提到C++内存分为五个区:栈、堆、全局/静态、文字常量和代码区。而引用[2]则提到四区,把全局和静态存储区包含常量区。可能用户提到的数据段应该对应全局/静态区,或者更细分的部分。需要结合引用中的例子来分析。 比如,在引用[3]的代码示例中,全局变量global_a、global_b、global_c等都被分配到全局/静态区,而静态变量static_a也是在同一个区。栈上的变量比如a、b、c地址相近,堆则是动态分配的内存。文字常量比如字符串"HelloWorld"可能放在常量区,但常量区有时候被归入全局/静态区的一部分。 用户的问题可能希望明确每个分区的用途和管理方式。比如栈由编译器自动管理,存放局部变量和函数参数;堆需要手动申请和释放,存放动态分配的对象;全局/静态区存放全局变量和静态变量,数据段可能指的是这个区域,或者包含初始化和未初始化的数据段?比如BSS段存放未初始化的全局变量,而数据段存放已初始化的。 另外,引用[3]中的代码显示,未初始化的全局变量如global_d、global_e的地址可能位于BSS段,而已初始化的如global_a在数据段。静态变量static_b未初始化,同样在BSS段,而static_a初始化了,在数据段。这些细节需要整理清楚。 可能用户还关心各个区的生命周期和访问权限,比如栈在函数结束时自动释放,堆需要手动管理,全局区在程序结束时释放等。同时,常量区的数据是只读的,尝试修改会导致错误,比如例子中的s2和s3指向的字符串可能在常量区,所以它们的地址相同,而s1是栈上的数组,可以修改。 需要把每个分区的特性、存储内容、管理方式、生命周期都解释清楚,并且结合引用中的例子说明。比如栈的地址连续增长,堆的地址可能比较分散,全局区的变量在程序启动时分配,直到程序结束。 另外,用户可能混淆数据段和BSS段,需要明确数据段通常指已初始化的全局/静态变量,BSS段是未初始化的,这两个都属于全局/静态存储区的一部分。代码区存放可执行指令,而常量区可能属于全局区或者单独分区。 最后,根据用户提供的引用,特别是引用[1][2][3],需要正确引用这些内容,比如栈和堆的区别,内存管理方式,以及各个区域的地址分配例子。可能需要指出不同操作系统下的实现可能不同,但逻辑分区是一致的。</think>### C++内存分区详解 C++程序在运行时,内存被划分为多个逻辑区域,每个区域负责存储特定类型的数据,并具有不同的生命周期和管理方式。以下是主要内存分区的详细说明: --- #### 1. **栈内存区(Stack)** - **用途**:存储局部变量、函数参数、返回地址等。 - **特点**: - 由编译器自动管理,分配和释放遵循“先进后出”原则。 - 空间有限(通常为几MB),超出容量会导致栈溢出。 - 地址连续,向低地址增长。 - **示例**: ```cpp void func() { int a = 10; // a存储在栈区 char buffer[100]; // buffer数组存储在栈区 } ``` --- #### 2. **堆内存区(Heap)** - **用途**:存储动态分配的内存(通过`malloc`/`new`申请)。 - **特点**: - 需手动管理内存释放(`free`/`delete`),否则会导致内存泄漏。 - 空间较大(取决于系统可用内存),地址不连续。 - 频繁分配释放可能产生内存碎片。 - **示例**: ```cpp int* p = new int(20); // p指向堆内存 ``` --- #### 3. **全局/静态存储区(Global/Static)** - **用途**: - **已初始化数据段**:存储显式初始化的全局变量和静态变量。 - **未初始化数据段(BSS段)**:存储未初始化的全局变量和静态变量(默认赋值为0或`nullptr`)。 - **特点**: - 生命周期贯穿整个程序运行期。 - 变量在编译时分配地址,程序结束时释放。 - **示例**: ```cpp int global_a = 1; // 已初始化全局变量(数据段) static int static_b = 2; // 已初始化静态变量(数据段) int global_c; // 未初始化全局变量(BSS段) ``` --- #### 4. **文字常量区(常量存储区)** - **用途**:存储字符串常量、`const`修饰的全局常量。 - **特点**: - 数据只读,修改会触发未定义行为(如程序崩溃)。 - 相同内容的常量可能共享同一内存地址[^3]。 - **示例**: ```cpp const char* s = "Hello"; // "Hello"存储在常量区 ``` --- #### 5. **代码区(Text Segment)** - **用途**:存储编译后的二进制机器指令。 - **特点**: - 只读,防止程序被意外修改。 - 共享相同代码的进程可能共享此区域内存[^2]。 --- ### 内存分区对比 | 分区 | 存储内容 | 生命周期 | 管理方式 | |----------------|------------------------|----------------|---------------| | **栈** | 局部变量、函数参数 | 函数执行期间 | 自动管理 | | **堆** | 动态分配内存 | 手动释放前 | 手动管理 | | **全局/静态区**| 全局变量、静态变量 | 程序运行期间 | 编译器分配 | | **常量区** | 字符串常量、`const`变量 | 程序运行期间 | 只读 | | **代码区** | 可执行指令 | 程序运行期间 | 只读 | --- ### 示例分析 通过引用[3]中的代码示例可观察到: - 局部变量`a`、`b`、`c`的地址相邻(栈区)。 - 全局变量`global_a`、`global_b`地址相近(全局/静态区)。 - 字符串常量`"HelloWorld"`的地址相同(常量区),而栈上的字符数组`s1`地址不同。 ---
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值