C++的内存管理

在 C++ 中，程序的内存分布主要分为以下几个区域：堆（Heap）、栈（Stack）、数据段（Data Segment），以及代码段（Code Segment）。每个区域有不同的用途和特性。

栈（Stack）

用途：栈用于存储局部变量和函数调用的相关信息（如函数参数、返回地址、局部变量等）。
管理方式：由编译器自动管理。
特点：
栈内存分配方式是后进先出（LIFO, Last In First Out）。
内存分配和释放速度快。
栈空间通常较小，有限制。
栈上的变量在函数调用结束后会自动销毁。
例子： cpp void function() { int localVar = 10; // 局部变量存储在栈上 }

堆（Heap）

用途：堆用于动态分配内存，即程序在运行时通过 new 或 malloc 等函数分配的内存。
管理方式：由程序员手动管理（分配和释放）。
特点：
内存分配不连续，比较灵活。
内存空间较大，但需要手动管理（需要 delete 或 free 释放）。
内存分配和释放速度较慢。
适合用于需要在函数调用之间持久化的对象或数据结构。
例子： cpp int* ptr = new int; // 动态分配内存，存储在堆上 *ptr = 5; delete ptr; // 释放堆内存

数据段（Data Segment）

数据段又细分为两个主要部分：全局/静态数据段（Global/Static Data Segment）和 BSS 段（Block Started by Symbol）。

用途：存储全局变量、静态变量和常量。
管理方式：由操作系统在程序启动时分配和初始化，在程序结束时释放。
特点：
全局/静态数据段：用于存储已初始化的全局变量和静态变量。程序启动时分配并初始化这些变量，程序结束时释放。 cpp int globalVar = 10; // 已初始化的全局变量 static int staticVar = 20; // 已初始化的静态变量
BSS 段：用于存储未初始化的全局变量和静态变量。程序启动时自动初始化为 0。 cpp int uninitializedGlobalVar; // 未初始化的全局变量 static int uninitializedStaticVar; // 未初始化的静态变量

代码段（Code Segment）

用途：存储程序的可执行代码。
管理方式：由操作系统在程序加载时分配和初始化。
特点：
只读区域，防止程序意外修改指令。
包含程序的所有函数和方法的机器代码。

内存布局示意图

+-----------------------+
|       代码段         |  (Code Segment)
|    (程序的指令)      |
+-----------------------+
|       数据段         |  (Data Segment)全局/静态数据段（Global/Static Data Segment）和 BSS 段（Block Started by Symbol）
| (已初始化和未初始化)  | 
+-----------------------+
|         堆           |  (Heap)
|   (动态分配的内存)    |
+-----------------------+
|        栈            |  (Stack)
|  (函数调用和局部变量) |
+-----------------------+

参考示例

#include <iostream>
using namespace std;

// 全局变量 - 数据段
int globalVar = 10;

// 未初始化的全局变量 - BSS 段
int uninitializedGlobalVar;

void function() {
    // 局部变量 - 栈
    int localVar = 5;

    // 动态分配内存 - 堆
    int* heapVar = new int(20);

    cout << "局部变量: " << localVar << endl;
    cout << "动态分配内存: " << *heapVar << endl;

    // 释放堆内存
    delete heapVar;
}

int main() {
    function();
    cout << "全局变量: " << globalVar << endl;
    cout << "未初始化的全局变量: " << uninitializedGlobalVar << endl;
    return 0;
}