C++堆栈内存分析
前言
C/C++程序的内存可以被分为以下几个部分：
- 栈区stack：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
- 堆区heap：一般由开发者管理，手动分配和释放，若不释放，程序结束时可能由 OS 回收。注意它与数据结构中的堆不相同，分配方式类似于链表。
- 全局区（静态区 static）：存放全局变量和静态变量，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和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
- 字符常量区：常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
- 程序代码区：存放函数体的二进制代码。
我们来看一段代码：
//main.cpp
int a = 0; // 全局初始化区
char *p1; // 全局未初始化区
main()
{
int b; // 栈
char s[] = "abc"; // 栈
char *p2; // 栈
char *p3 = "123456"; // "123456/0"作为字符串在字符常量区， p3作为指针在栈上。
static int c =0; // 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10); // 分配得来得 10 字节的区域在堆区。
strcpy(p1, "123456"); // "123456/0"作为字符串放在字符常量区，编译器可能会将它与 p3指针所指向的 "123456" 优化成一个地方。
} 申请栈空间
栈空间是由系统自动分配的，在函数中声明一个局部变量 int b; 系统将会自动在栈中为 b 开辟空间。如果是在函数内部声明，在跳出函数时该内存区域会被系统释放。
下列声明方式均是在栈空间创建内存。
#include<iostream>
class A{};
struct B{};
int main(){
int i; //申请栈空间存储int
double d; //申请栈空间存储double
std::string s; //申请栈空间存储string
B b; //申请栈空间存储结构体B
A a; //申请栈空间存储类A
}申请堆空间
堆空间需开发员手动申请，并需要指明申请空间的大小，在 c 中可以使用 malloc 函数申请，如 p1 = (char *)malloc(10);。在 C++ 中用 new 运算符申请，如 p2 = (char *)malloc(10); 但是注意 p1 、 p2 两个指针本身是在栈中的，它们指向的内存是在堆上。
堆内存需要手动申请，使用完毕后需要手动释放！否则程序结束后这些内存将无法被回收，可能会导致内存溢出。
c 语言和c++语言申请堆内存的方式参考如下：
#include <stdlib.h>
int main() {
// C语言中使用 malloc 申请内存
int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
// C语言中使用 calloc 申请并初始化内存
int* ptr2 = (int*)calloc(10, sizeof(int));
// C语言中使用 realloc 调整内存大小
ptr1 = (int*)realloc(ptr1, sizeof(int) * 20);
// C语言中使用 free 释放内存
free(ptr1);
free(ptr2);
return 0;
}#include<iostream>
class A{};
struct B{};
int main(){
int *i=new int; //申请堆空间存储int
double *d=new double; //申请堆空间存储double
std::string *s=new std::string; //申请堆空间存储string
B *b=new B; //申请堆空间存储结构体B
A *a=new A; //申请堆空间存储类A
// 手动释放堆内存
delete i;
delete d;
delete s;
delete b;
delete a;
}栈空间大小
栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，
在 Linux 下，我们可以通过 ulimit -a 或 ulimit -s 查看。
比如，下图可以看到我的 mac 电脑上，栈空间差不多 8MB。
在 Windows 下，栈的大小是 2M （也有的说是 1M ，总之是一个编译时就确定的常数）。
可以看到栈内存是比较小的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，则会提示栈溢出 stack overflow。
堆空间大小
堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。
堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此对比栈和堆空间，我们可以知道堆空间比较大，申请空间时也比较灵活。
函数返回值处理
C/C++的函数返回，如果返回的是栈上变量的地址，在跳出函数时，该地址就会被释放。
所以函数不可以返回栈上的变量的地址，栈地址的内容会在函数返回后失效。
// Bad
char* Foo(char* sz, int len){
char a[300] = {0}; // stack
if (len > 100) {
memcpy(a, sz, 100);
}
a[len] = '\0';
return a; // WRONG
}如果需要使用返回地址来传递非简单类型变量，我们可以使用堆来传递。
// Good
char* Foo(char* sz, int len) {
char* a = new char[300]; // heap
if (len > 100) {
memcpy(a, sz, 100);
}
a[len] = '\0';
return a; // OK
}需要注意的一点：我们使用堆内存时，在使用完毕后记得通过 delete[] 释放掉堆内存数组。
对于 C++ 程序来说，强烈建议返回 string、vector 等类型，会让代码更加简单和安全。
腾讯云开发者
