C/C++程序的5种内存存储区及示意

操作系统中的内存一般分为虚拟内存和物理内存，本文主要讨论的是虚拟内存中的内存分配方式与内存存储区的内容。

内存分配方式

• C/C++主要有以下五种内存存储区：
  • 全局/静态存储区域：存全局变量，静态变量。程序编译时内存已分配好，并存在于程序整个运行期间，程序结束后由系统统一释放
    • 全局变量和静态变量被分配到同一块内存中。
      • C 语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的。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与静态变量在相邻的另一块区域。同时未被初始化的对象存储区可以通过 void* 来访问和操纵，程序结束后由系统自行释放。
      • 在 C++ 里面没有区分，他们共同占用同一块内存区。
  • 栈：存放函数的参数值，局部变量，函数执行结束时会被自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率高，但是容量有限。
  • 堆（动态内存分配）：通过new和malloc由低到高分配，由delete或free手动释放或者程序结束自动释放。动态内存的生存期人为决定，使用灵活。缺点是容易分配/释放不当容易造成内存泄漏，频繁分配/释放会产生大量内存碎片。 若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收
  • 字符/文字常量区： 存放常量字符串，程序结束时由系统释放
  • 程序代码区： 存放函数体的二进制代码

内存存储区示意图

下图参考[1]，地址由低到高可以分为：

Memory Space (refer to CS:APP, 3rd)

• Unused Memory：
• Read-only code segment：只读，存代码和一些其他的东西
• Read/Write data segment:
  • .data：存初始化的全局变量和static变量，另外还有文字常量区，常量字符串就是放在这里，程序结束后有系统释放
  • .bss：存未初始化的全局变量和static变量
• Heap：通过new和malloc由低到高分配，由delete或free手动释放或者程序结束自动释放
• Shared libraries：调用的库文件，位于堆和栈之间
• Stack：由高向低增长，和堆的增长方式相对，对不同的OS来说，栈的初始大小有规定，可以修改，目前默认一般为2M，由编译器自动分配释放
• Kernel virtual memory：用户不可见不能访问

References:

1. Computer Systems: A Programmer's Perspective, 3/E (CS:APP3e)
2. C/C++内存分配方式与存储区
3. 程序在内存中的分布