C/C++内存分布及管理方式

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【写在前面】

在 C 语言中我们也学过内存管理,可转至动态内存管理那些事:malloc、calloc、realloc、free

C/C++ 的内存管理跟 JAVA 这些语言是不同的 —— JAVA 的程序不是直接跑在操作系统上的,JAVA 是在 JVM 虚拟机上运行的;C/C++ 的程序是直接跑在 OS 上的,这也是为什么我们学习 C/C++ 要学习内存管理的原因,所以 C/C++ 的学习者需要对系统了解的更深,而对于系统的知识更多的会在 Linux 系统编程的阶段去学习。

这里我们会学习 new/delete 的使用,以及 new/delete 的底层原理。

一、C/C++内存分布

💦 填空题 && 选择题

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
	static int staticVar = 1;
 	int localVar = 1;
 	const int localVal1 = 1;
 
	int num1[10] = {1, 2, 3, 4};
 	char char2[] = "abcd";
 	char* pChar3 = "abcd";
 	int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
 	int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
 	int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4);
 	free (ptr1);
 	free (ptr3);
}

🔑 选项:A.栈  B.堆  C.数据段(静态区)  D.代码段(常量区)

  • globalVar 存储于数据段
  • staticGlobalVar 存储于数据段
  • staticVar 存储于数据段
  • localVar 存储于栈
  • localVar1 存储于栈
  • num1 存储于栈
  • char2 存储于栈
  • *char2 存储于栈
  • pChar3 存储于栈
  • *pChar3 存储于代码段
  • ptr1 存储于栈
  • *ptr1 存储于堆

🔑 填空:

  • sizeof(num1) = 40
  • sizeof(char2) = 5
  • sizeof(pChar3) = 4/8
  • sizeof(ptr1) = 4/8
  • strlen(char2) = 4
  • strlen(pChar3) = 4

📝说明

注意这里比较容易出错的是: 在这里插入图片描述

💦 C/C++内存分布示意图

在这里插入图片描述 📝说明

栈 ❓

栈又叫堆栈,注意区分数据结构中的栈

函数调用建立栈帧,函数中的参数、局部变量都存在栈帧中

栈是向下增长的,比如 main 函数调用 f 函数: 在这里插入图片描述 堆 ❓

注意区分数据结构中的堆

malloc、calloc、realloc 都会在堆上开辟空间

堆是向上增长的,理论上后 malloc 的内存地址比先 malloc 的要大,但是也不一定,因为有可能下一次申请的是之前别人释放回来的: 在这里插入图片描述 内存映射段 ❓

内存映射段是高效的 I/O 映射方式,用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享内存,做进程间通信。

虚拟内存 | 物理内存 ❓

虚拟内存跟物理内存要按页映射,就是对应起来。程序访问虚拟内存,实际要转到对应的物理内存。

内存区域特点 ❗

  1. 这几个区域堆是很大的 —— 你可以认为如果在 32 位下虚拟内存总共占 4G ,内核占 1G,剩下的 3G 空间大部分都是堆的
  2. 从图看,栈和堆差不多大,实际上栈很小 —— Linux下一般只有 8M,所以递归深度太深,很容易导致栈溢出 (Stack overflow)
  3. 数据段和代码段也不是很大 —— 因为没有多少数据 (全局数据 + 静态数据)

🍳拓展

对于内存划分、虚拟内存和物理内存映射可以去看:

《深入理解计算机系统》-> 虚拟存储器

《程序员的自我修养》-> 编译链接、动态库等