C++内存分区，堆和栈的区别

简要回答

c++的内存分区从低地址到高地址分别是：

代码段：存储程序的机器指令（函数体），只读，可能共享。

数据段：存放未初始化的静态常量，全局变量

BSS段：未初始化的静态常量，全局变量以及初始化为0的全局变量

栈：适合存储生命周期较短，大小固定的对象，编译器自动分配释放，优点是高效且安全，但空间小

堆：适合存储生命周期较长，大小动态变化的对象，动态分配内存区域，由程序员手动管理，使用时要谨慎管理内存，空间大，但管理复杂，容易内存泄漏

详细回答

1. 栈区：由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量存储区，里面的变量通常是局部变量、函数参数等

2. 堆区：由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由程序去控制，一般一个new就要对应一个delete

3. 自由存储区：就是那些由malloc等分配的内存块，它和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的

4. 全局/静态存储区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区

5. 常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改

6. 代码区：存放在机器指令，只读，很安全

• 区分堆和栈

  1.管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak

  2.空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。

但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的。

3.碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。

对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出。

4.生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

5.分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆，栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。

静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配, 动态分配由 malloc 函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

6.分配效率：堆的效率比栈要低得多。栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。

堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。

代码示例

#include <iostream>
using namespace std;

int global_var = 10;         // 全局区
const int const_global = 20; // 常量区

void demo() {
    int local_var = 30;      // 栈区
    int* heap_var = new int(40); // 堆区

    cout << "local_var addr: " << &local_var << endl;
    cout << "heap_var addr:  " << heap_var << endl;
    cout << "global_var addr: " << &global_var << endl;
    cout << "const_global addr: " << &const_global << endl;

    delete heap_var; // 不释放就内存泄漏
}

int main() {
    demo();
    return 0;
}

知识拓展

• 内存图解

• 栈和堆的线程安全

栈是线程私有的：每个线程有自己的栈，天然线程安全。

堆是线程共享的：多个线程可能访问同一内存，因此要加锁或用原子操作保护。

• 面试官可能会追问的问题

平时你在项目中怎么管理内存？

答：作答时可以往使用智能指针、RAII原则、内存池等方案，针对自己具体项目进行解释。