计算机：理解操作系统：内存篇（中）

什么是内存
C/C++内存模型

堆区与栈区的本质
Java、Python等内存模型
Java内存模型
Jave中的堆区与栈区是如何实现的
Python内存模型

指针与引用
进程的内存模型
幻想大师-操作系统
总结

1.堆和栈的本质是什么

1. 在编程语言中，堆区和栈区本质上都是内存，二者没有本质的区别
2. 在数据结构和算法中，我们也有堆和栈的概念，但是那里指的不是内存，而是两种数据结构。
   
3. 由于计算机的内存有限，我们才需要费劲心力提出堆栈的概念。
4. 你会发现栈是一种非常巧妙的使用内存的方法，函数调用完毕后，函数运行过程中占用的内存就会被释放掉，只要你的程序写的合理（栈帧不会过大），那我们的程序就会一直运行下去，而不会出现内存不足情况，也不必担心内存释放的问题，这个过程是自动的。
5. 但是如果程序员想自己控制内存，那么可以选择在堆上进行内存分配

2. java、Python等内存模型

1. C++程序员面对的是 实实在在的物理内存，而 java、Python等程序面对的是 解释器，C++分配内存是直接在物理内存中进行，而Java、Pyhton等程序是将内存分配请求交给解释器，解释器再去物理内存上进行分配。
   下图所示：内存布局Java、Python等程序员是看不到的只有解释器才能看到这些。
   
2. java、Python等程序的一大优点就是内存自动化管理，而C++程序员需要自己来管理从堆上分配的内存，内存管理这一项被 Java、Python等程序中的解释器接管了，解释器的这项功能被称为“垃圾回收器”。

3. java内存模型

1. java的内存模型直观同样有堆和栈的概念。内置数据类型比如 int ，直接放在栈上。引用类型：也就是 new 关键字定义的变量时分配在堆上的。
2. 和C++一样，每个java函数在执行时都有自己的栈帧，随着函数的调用，栈不断扩大，函数调用完毕后栈帧回收。
   

3.1 java中堆和栈是如何实现的

一般情况下，当JVM运行一个 java函数时需要在堆上创建java函数的栈帧，然后把这些栈帧放入栈中（这里的栈是指具有先进后出性质的数据结构）。

因为JVM是C++程序，如何组织栈帧完全是 JVM设计者来决定的，只要栈帧具备先进后出的性质就可以。

void RunJavaFunction(JVM* jvm, string javaFunction)
{
	// 先在堆上申请一块空间，用于存放java栈帧
	stackFrame*  frame = (stackFrame*) malloc(sizeof(stackFrame));
	// 再把要使用的 栈帧push 到 JVM的函数调用栈中
	jvm->stack->push(frame);
	// 在申请的栈帧上执行 java函数
	run(javaFunction, frame);
	// 执行完毕后 pop 掉该函数栈帧
	jvm->stack->pop();
}

JVM会在自己的堆中为 new修饰的对象创建内存，这里的 堆就是上图所示的堆。

4. Python内存模型

1. Python的内存模型和Java其实类似。
2. Python的解释器比较多，比如：CPython， PyPy等等。这里我们以Python默认的解释器 CPython为例说明。我们知道解释器其实就是一个C++程序，CPython也不例外。但是Python解释器将堆区分成了两部分：Object-specific memory 和 Python core两个区域。
3. Object-specific memory 这个区域是专门存档PyObject对象的。 在Python中所有数据类型包括：int dict str 等都是一个对象，叫做 PyObject ，当我们在Python中创建一个变量比如 dict时，CPython就会在堆的上半部分（Object-specific memory）中分配一块内存创建一个 Pyobject 。
4. Python core：所有非PyObject 的内存请求都在这里分配。