详解C/C++内存区域划分(简而易懂)

详解C/C++内存区域划分(简而易懂)

在C/C++程序运行期间,内存会被划分为不同的段,每个段有不同的使用方式和属性。

内存划分

栈(stack)

栈是一种在程序运行时内存自动分配和释放的区域,它存储程序执行过程中的各种变量。栈的特点是先进后出,后进先出,因此被称为“后进先出”(LIFO)。

栈的大小是有限的,一般来说,栈的大小在几兆到几十兆之间,超过这个范围就会引起“栈溢出”错误。

以下是一个使用栈进行递归运算的示例:

int factorial(int n) {
  if (n == 0) {
    return 1;
  } else {
    return n * factorial(n - 1);
  }
}

int main() {
  int n = 5;
  int result = factorial(n);
  printf("%d! = %d\n", n, result);
  return 0;
}

在以上示例中,递归调用 factorial 函数时,每次调用会在栈上分配一块内存,用于存储参数和局部变量。当函数执行结束后,这段内存会被释放,供后续调用使用。

堆(heap)

堆是程序运行时动态分配内存的区域,也就是所有通过 malloccallocreallocnew 等操作申请的内存空间都在堆中。

堆的大小一般比较大,可以达到几百兆甚至几个GB,因此内存泄露(没有及时释放堆内存)会导致严重的系统性能问题。

以下是一个使用 malloc 动态分配内存的示例:

int main() {
  int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
  *p1 = 123;
  printf("*p1 = %d\n", *p1);

  int* p2 = (int*) malloc(sizeof(int) * 3);
  p2[0] = 1;
  p2[1] = 2;
  p2[2] = 3;
  printf("p2[0] = %d, p2[1] = %d, p2[2] = %d\n", p2[0], p2[1], p2[2]);

  free(p1);
  free(p2);

  return 0;
}

在以上示例中,通过 malloc 分配了两次内存空间,其中 p1 的大小为 sizeof(int),而 p2 的大小为 sizeof(int) * 3,即三个整数的大小。最后通过 free 函数释放了分配的内存空间。

数据段(data segment)

数据段是程序运行时存储全局变量和静态变量的区域,它在程序加载时分配并初始化。

对于全局变量和静态变量,它们都有默认的初始值,如果没有显式初始化,则会默认为0。

以下是一个在数据段中存储全局变量和静态变量的示例:

#include <stdio.h>

int global_var;

int main() {
  static int static_var;
  printf("global_var = %d\n", global_var);
  printf("static_var = %d\n", static_var);
  global_var = 123;
  static_var = 456;
  printf("global_var = %d\n", global_var);
  printf("static_var = %d\n", static_var);
  return 0;
}

在以上示例中,global_var 是一个全局变量,在程序加载时会将其初始化为0,static_var 是一个静态变量,在程序运行时会将其初始化为0。最后通过赋值修改了它们的值。

代码段(code segment)

代码段是存储程序指令的区域,它在程序加载时被分配,并在程序执行过程中运行,同时会受到操作系统的保护。

以下是一个使用代码段存储指令的示例:

#include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello, world!\n");
  return 0;
}

在以上示例中,printf 函数的指令就存储在代码段中,程序运行时会从代码段中读取指令并执行。

总结

本文介绍了C/C++程序在运行时内存的划分方式,包括栈、堆、数据段和代码段四个部分。在实际编程中,了解这些内存区域的使用方式和限制,有助于更好地编写高效、可靠的程序,避免一些常见的内存问题。

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