C++学习总结2——C++内存模型

为了更直观的理解这部分内容，使用如下的程序实例进行说明：

#include<iostream>

using namespace std;

const double pi=3.1415926;    //常量

static int out=0;    //静态全局变量

int i=1;    //初始化了的全局变量

int j;    //未初始化的全局变量

void func1()
{
	static int count;    //静态局部变量

	count++;

	int i=count % 10;    //局部变量

	cout<<"count % 10="<<i<<endl;    //"count % 10="为字符串常量
}

void func2()
{
	int i=0;    //局部变量

	int *pi=&i;    //局部变量

	*pi=*pi+1;

	cout<<"i="<<i<<endl;    //"i="为字符串常量
}

int main()
{
	static int out=2;    //静态局部变量

	cout<<"out="<out<<endl;

	func1();

	func2();

	return 0;
}

在这个例子中我尽量表现了各种情况，虽然写得很不合理…

先给出C++内存的一个模型图：

对于一个C++程序，内存区域分六个部分：依次是rodata区，text区，data区，bss区，heap区和stack区。

其中rodata区和text区在加载时会合并到一个段中，该段称为常量区，该区域的内容只允许读，不允许修改；

data区和bss区在加载时合并到一个段中，该段被称为全局区，其中的内容，对程序来说，是可读可写的。

每个区的详细说明如下。

rodata

rodata是read only data的缩写，只读区域，像上面程序中的pi和常量字符串”count % 10=”和”i=”都保存在该区域。

text

text区保存程序编译链接后生成的机器代码。当调用函数时，会将该区域的机器代码加载到栈中执行。

因为rodata区和text区在程序运行过程中都是不能修改的，所以在程序启动时，这两个区域又被放到一个叫做常量区的箱子中，并且在箱子外面贴上”不许修改”的标签，以防该区域的内容被修改。

data

data中存放已经初始化的 全局变量和被声明为static的局部变量。像上面程序中的全局语句“static int out=0;”，“int i=1;”以及main函数中的“static int out=2;”，这些语句定义的变量都已经被初始化，所以存放在data区。注意我这里给全局静态变量和局部静态变量起了相同的名字，都叫out，但在main函数里面输出的out=2，说明虽然都是在data区，但编译和链接过程中全局变量和局部变量的标识还是不同的，编译器不会因为名字相同而混淆两者。

bss

bss是block started by symbol的缩写，该区域存放未初始化的 全局变量和被声明为static的局部变量。在加载时该区域的值会被全部设置为0（对算术类型）或NULL（对指针类型）。上面程序中的全局语句“int j;”和func1中的语句“static int count;”中定义的j和count都在bss区。

为什么要区分初始化和未初始呢？是为了节省空间。实际上，在目标文件中，未初始化的全局变量和声明为static的局部变量不占有任何空间，只是保存了在运行时它们要占的空间的大小。在运行时开辟同样大小的空间，然后将其全部置为0。所以bss区也被戏称为“Better Save Space”。

因为data区和bss区中保存的都是全局变量和静态局部变量（跟全局变量性质一致），所以在程序启动时，这两个区域又被放到一个叫做全局区的箱子中，这个箱子中的内容是可读可写的。

heap

堆区用来存放程序运行过程中动态分配的内存。像new和malloc就在该区域上申请内存空间。该区域内存的管理必须由程序写作者来负责，也就是如果通过new或malloc申请了一块内存，在程序结束时必须通过delete或free来释放相应的内存。new和delete的内容我后面会仔细说明。

因为该区域可以由用户来申请，申请大小视情况而定，通常很不一致，所以很容易造成该区域内存的碎片化。

堆内存的大小很大，一般来讲，在32位系统下，可以达到4G，所以通常不会溢出。

stack

栈区保存函数的参数和函数内声明的变量，但声明为static的局部变量除外。栈具有后进先出的特点，很适合函数的一层层调用，所以函数调用时的变量都保存到该区中。上面程序中的main函数和func1,func2中的非static类型的变量在调用时都会加载到该区域。

栈的大小是很有限的，在Visual Studio中，默认的栈大小是1M，超过1M就会出现“stack overflow”的错误，可以通过修改默认设置来提高栈大小。