C++内存空间：静态存储区、栈、堆、文字常量区、程序代码区

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前言：
对于程序中使用的对象都有着严格的生存期。对于局部对象，当我们调用局部对象所在的程序时为其在栈上分配内存空间，程序调用完成释放该对象的内存空间。对于全局对象，其在程序启动时在静态存储区分配内存空间，在程序结束时销毁内存空间。对于局部static对象在第一次使用前分配内存空间，在程序销毁时释放内存空间。

除了自动和static对象外，C++还支持动态内存分配。动态分配的对象的生存期由程序员自己控制，在堆上申请，手动释放。这属于在堆上申请内存空间，及数据存储在堆内存上。

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C++的内存空间分为以下5个部分：

静态存储区：内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。它主要存放静态数据（局部static变量，全局static变量）、全局变量和常量。

栈区：在执行函数时，函数（包括main函数）内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。（任何变量都处于栈区，例如int a[] = {1, 2},变量a处于栈区。数组的内容也存在于栈区。）

堆区：亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在适当的时候用free或delete释放内存。动态内存的生存期可以由我们决定，如果我们不释放内存，程序将在最后才释放掉动态内存。 但是，良好的编程习惯是：如果某动态内存不再使用，需要将其释放掉，并立即将指针置位NULL，防止产生野指针。

文字常量区：常量字符串放在这里，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。

指针：函数指针指向Code区，是程序运行的指令代码，数据指针指向Data,Heap,Stack区，是程序依赖以运行的各种数据。

注：在文件作用域声明inline函数默认为static存储类型,const常量默认为static存储，如果加上extern，则为外部存储类型。

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补充说明：

1、全局静态变量：
定义：.在全局变量之前加上关键字static，全局变量就被定义成为一个全局静态变量。
说明：
1）内存中的位置：静态存储区（静态存储区在整个程序运行期间都存在）
2）初始化：未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非它被显示初始化）
3）作用域：全局静态变量在声明它的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。
定义全局静态变量的好处：
1）不会被其他文件所访问，修改。
2）其他文件中可以使用相同名字的变量，不会发生冲突。

2、局部静态变量：
定义：在局部变量之前加上关键字static，局部变量就被定义成为一个局部静态变量。
说明：
1）内存中的位置：静态存储区
2）初始化：未经初始化的局部静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显示初始化）
3）作用域：作用域仍为局部作用域，当定义它的函数或者语句块结束的时候，作用域随之结束。
注：当static用来修饰局部变量的时候，它就改变了局部变量的存储位置，从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后，并没有被销毁，而是仍然驻留在内存当中，直到程序结束，只不过我们不能再对它进行访问。
当static用来修饰全局变量的时候，它就改变了全局变量的作用域（在声明它的文件之外是不可见的），但是没有改变它的存放位置，还是在静态存储区中。

3、堆与栈的区别：
主要有6点区别：

1、管理方式不同：
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、空间大小不同：
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，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改： 打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。 注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

3、产生碎片不同：
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，在它弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

4、生长方向不同：
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、分配方式不同：
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alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

6、分配效率不同：
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（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）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。显然，堆的效率比栈要低得多。

从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。 虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。

注： 无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生意想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的）。

demo如下：

//main.cpp
int a = 0;                     //全局初始化区
char *p1;                      //全局未初始化区

int main()
{
  int b;                       //栈区
  char s[] = "abc";            //栈区
  char *p2;                    //栈区
  char *p3 = "123456";         //123456在常量区，指针p3在栈上。
  static int c =0；            //全局（静态）初始化区
  p1 = (char *)malloc(10);
  p2 = (char *)malloc(20);
  //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
  strcpy(p1, "123456");      
  //123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

可供参考的博文：
https://blog.csdn.net/hushpe/article/details/45396059
https://blog.csdn.net/u010977122/article/details/53099425
https://blog.csdn.net/slj_win/article/details/8608436