C++动态内存分配

用户11991900

发布于 2026-01-15 11:32:16

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1.代码段（Code Segment / Text Segment）常量区

功能存储程序的可执行机器指令，包括函数体、控制流逻辑和操作码。
特性只读且固定：防止程序意外修改自身代码，确保执行安全。共享性：多个进程可共享同一份代码（如操作系统内核、共享库）。编译时确定：大小和内容在编译阶段固化，运行时不可变。
存储内容函数定义和实现。字面量字符串（如 “Hello, World!”）。指令操作码（如加法、跳转指令）。

2. 数据段（Data Segment）静态区

功能存储已初始化的全局变量和静态变量。
特性读写区域：程序运行时可修改变量值。初始化值：变量值来自编译时的显式赋值。持续性：生命周期贯穿程序运行始终。
存储内容已初始化的全局变量（如 int global = 42;）。已初始化的静态变量（如 static int count = 0;）。全局 / 静态数组（如 char msg[] = “Hi”;）。

3. BSS 段（未初始化数据段）

功能存储未初始化的全局变量和静态变量。
特性零初始化：运行时自动初始化为 0（或空指针）。不占磁盘空间：仅在内存中分配，减少可执行文件大小。读写区域：与数据段相同，但初始值不同。
存储内容未初始化的全局变量（如 int global;）。未初始化的静态变量（如 static int temp;）。全局 / 静态数组（如 char buffer[1024];）。

4. 堆（Heap）

功能动态分配内存，用于运行时创建对象（如 malloc/new），堆是向上增长的。
特性手动管理：程序员负责申请（malloc/new）和释放（free/delete）。动态扩展：通过系统调用（如 brk/mmap）调整大小。碎片化风险：频繁分配 / 释放可能导致内存碎片，降低利用率。较大空间：理论上限为虚拟地址空间（如 64 位系统的 16EB）。
存储内容动态分配的对象（如 int* ptr = new int[100];）。运行时创建的数据结构（如链表、树）。共享内存区域（通过 shm_open 等 API 创建）。

5. 栈（Stack）

功能存储函数调用上下文和局部变量，实现函数调用栈。栈是向下增长的。
特性后进先出（LIFO）：由操作系统自动管理，通过栈指针（SP）操作。快速访问：通过寄存器直接操作栈顶，速度快于堆。自动回收：函数返回时自动释放内存，无需手动管理。固定大小：默认栈深度有限（如 Linux 默认 8MB），可能导致栈溢出。
存储内容局部变量（如 int x = 10;）。函数参数（如 void func(int a, int b) 的 a 和 b）。调用帧信息（返回地址、寄存器值、栈基址）。临时变量（如函数内的计算结果）。

6. 内存映射段（Memory Mapping Segment）

功能将文件或设备映射到进程地址空间，实现高效 I/O 和共享内存。
特性文件映射：通过 mmap() 将文件内容直接映射到内存，避免拷贝。共享内存：多个进程可映射同一文件，实现进程间通信（IPC）。动态加载：用于加载共享库（如 .so 文件）。虚拟内存：仅在访问时实际分配物理内存，节省资源。
存储内容动态链接库（如 libc.so）。通过 mmap() 映射的文件（如配置文件、数据库）。匿名内存映射（如 MAP_ANONYMOUS 创建的临时缓冲区）。共享内存对象（如 POSIX 共享内存）。

对比总结

区域	存储内容	生命周期	分配方式	访问速度	风险/注意事项
代码段	可执行指令、字面量字符串	程序运行期间	编译时静态分配	最快	不可修改（修改会触发段错误）
数据段	已初始化全局/静态变量	程序运行期间	编译时静态分配	快	持续占用内存
BSS段	未初始化全局/静态变量	程序运行期间	运行时零初始化	快	自动清零，节省磁盘空间
堆	动态分配的对象（malloc/new）	手动管理（free/delete）	运行时系统调用（sbrk/mmap）	较慢	内存泄漏、碎片化、需手动释放
栈	局部变量、函数调用帧	函数执行期间	自动分配/回收（SP指针）	最快	栈溢出（Stack Overflow）
内存映射段	文件映射、共享库、匿名映射	手动管理（munmap）	运行时系统调用（mmap）	中等	需处理映射错误、同步问题

内存布局示意图

高地址 ──────────────────────────────────────────────────────────────────
       │                                                                 │
       │  命令行参数和环境变量                                             │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  栈 (向下增长)                                                    │
       │    ├─ 函数调用帧                                                   │
       │    ├─ 局部变量                                                     │
       │    └─ ...                                                         │
       │                                                                 │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  内存映射段                                                        │
       │    ├─ 文件映射                                                      │
       │    ├─ 共享库                                                        │
       │    └─ 匿名映射                                                      │
       │                                                                 │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  堆 (向上增长)                                                     │
       │    ├─ 动态分配的对象                                                 │
       │    └─ ...                                                         │
       │                                                                 │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  BSS段 (未初始化数据)                                               │
       │    ├─ 未初始化全局变量                                                │
       │    └─ 未初始化静态变量                                                │
       │                                                                 │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  数据段 (已初始化数据)                                              │
       │    ├─ 已初始化全局变量                                                │
       │    └─ 已初始化静态变量                                                │
       │                                                                 │
       ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
       │                                                                 │
       │  代码段 (可执行指令)                                                │
       │    ├─ 函数体                                                        │
       │    └─ 字面量字符串                                                    │
       │                                                                 │
       └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ 低地址

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原始发表：2026-01-13，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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