五大内存分区笔记

一、概述

• 一个由C/C 编译的程序占用的内存分为以下几个部分 ：堆区、栈区、全局区（静态区）、文字常量区、代码区五部分。

        在执行一个C/C 语言程序时，此程序将拥有唯一的“内存四区”——栈区、堆区、全局区、代码区。每个程序都有唯一的四个内存区域。

        1、一个可执行程序在存储（没有调入内存）时分为代码段、静态区和文字常量区三部分；

        2、可执行程序（调入内存后）在运行时又多出两个区域：栈区和堆区。

1、堆区(heap)   — 允许程序在运行时动态地申请某个大小的内存空间， 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事。

2、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。

3、全局区(静态区)—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，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。

4、文字常量区   —常量字符串就是放在这里的，只读的。程序结束后由系统释放。

5、程序代码区—存放程序的编译后的可执行二进制代码，CPU执行的机器指令，并且是只读的。

二、内存分区运行前后的区别

1、运行之前（代码区 数据区 未初始化数据区）

        在没有运行程序前（程序没有加载到内存前），分别为 代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）3 个部分（把 data 和 bss 合起来叫做静态区或全局区）。

• 代码区

        存放 CPU 执行的机器指令。通常代码区是可“共享”的（即另外的执行程序可以调用它），使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可（节约内存）。代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外的修改了它的指令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

• 全局初始化数据区/静态数据区（data段）

        该区包含了在程序中①被初始化的全局变量②已经初始化的静态变量（包括全局静态变量）③常量数据（如字符串常量）。

• 未初始化数据区（又叫 bss 区）

        存入的是全局未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为 0 或者空（NULL）。

  总体来讲，程序源代码被编译之后主要分成两种段：程序指令（代码区）和程序数据（数据区）。代码段属于程序指令，而数据域段和 bss 段属于程序数据。

注：那为什么把程序的指令和程序数据分开呢？

• 程序被加载到内存中之后，可以将数据和代码分别映射到两个内存区域。由于数据区域对进程来说是可读可写的，而指令区域对程序来讲是只读的，所以分区之后呢，可以将程序指令区域和数据区域分别设置成只读或可读可写。这样可以防止程序的指令有意或者无意被修改。
• 当系统中运行着多个同样的程序的时候，这些程序执行的指令都是一样的，所以只需要内存中保存一份程序的指令就可以了，只是每一个程序运行中数据不一样而已，这样可以节省大量的内存。

2、运行之后（代码区 数据区 未初始化数据区 栈区 堆区）

        程序在加载到内存前，代码区和全局区（data bss）的大小就是固定的，程序运行期间不能改变。然后，运行可执行程序，操作系统把物理硬盘程序加载到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）之外，还额外增加了栈区、堆区。

• 代码区（text segment）

        加载的是可执行文件代码段，所有的可执行代码都加载到代码区，这块内存是不可以在运行期间修改的。

• 未初始化数据区（BSS）

        加载的是可执行文件 BSS 段，位置可以分开也可以紧靠数据段，存储于数据段的数据（全局未初始化，静态未初始化数据）的生存周期是整个程序运行过程。

• 全局初始化数据区/静态数据区（data segment）

        加载的是可执行文件数据段，存储于数据段（全局初始化，静态初始化数据，文字常量（只读））的数据的生存周期是整个程序运行过程。

• 栈区（stack）

        栈是由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。

• 堆区（heap）

        堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于 BSS 区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能会由操作系统回收。

 三、内存分布图

 四、栈和堆的对比

五、数据结构中的堆和内存分配中的堆的区别

1、数据结构中的堆

堆的定义：是一棵完全二叉树结构，特点是父节点的值大于（小于）两个子节点的值（分别称为大顶堆和小顶堆）。堆是一种经过排序的树形数据结构，每个结点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构，是指二叉堆。它常用于管理算法执行过程中的信息，应用场景包括堆排序，优先队列等。

堆的特点：是根结点的值最小（或最大），且根结点的两个子树也是一个堆。由于堆的这个特性，常用来实现优先队列，堆的存取是随意，

堆的形象例子：就如同我们在图书馆的书架上取书，虽然书的摆放是有顺序的，但是我们想取任意一本时不必像栈一样，先取出前面所有的书，书架这种机制不同于箱子，我们可以直接取出我们想要的书。

2、内存分配中的堆

堆的定义：堆允许程序在运行时动态地申请某个大小的内存空间，从堆中分配的内存需要程序员手动释放，如果不释放，而系统内存管理器又不自动回收这些堆内存的话，那就一直被占用（Java中由JVM虚拟机的垃圾回收机制自动回收）。如果一直申请堆内存，而不释放，内存会越来越少。

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