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目录
[一、代码段（Text Segment / 常量区）](#一、代码段（Text Segment / 常量区）)
[二、数据段（Data Segment / 静态区）](#二、数据段（Data Segment / 静态区）)
[2.2、实际内存布局示例（Linux x86-64）](#2.2、实际内存布局示例（Linux x86-64）)
[四、C语言中动态内存管理方式：malloc / calloc / realloc / free](#四、C语言中动态内存管理方式：malloc / calloc / realloc / free)
[4.1、malloc / calloc / realloc的区别](#4.1、malloc / calloc / realloc的区别)
一、初识内存管理
内存管理是操作系统（OS）和编程语言运行时核心功能之一，本质是高效、安全地分配、使用、回收计算机内存资源，避免内存泄漏、野指针、内存碎片等问题，确保程序稳定运行且资源利用率最大化。
我们为什么需要内存管理？
一、解决物理限制问题
内存稀缺：物理内存有限，但程序需求很大
多任务需求：需要同时运行多个程序
二、提供关键功能
隔离保护：防止程序互相干扰或攻击
地址抽象：让程序以为自己独占整个内存空间
内存共享：安全地共享代码库和公共数据
三、提升系统能力
扩展内存：虚拟内存让程序能用比物理内存更大的空间
效率优化：通过缓存、预取等技术加速访问
动态管理：按需分配，避免浪费
一句话总结：内存管理让有限的内存资源能被多个程序安全、高效地共享使用，是现代计算系统能够工作的基础。
二、内存管理的核心维度
2.1、内存划分
我们以进程的角度来进行内存划分：
一、代码段（Text Segment / 常量区）
作用：
存储程序的执行代码：机器指令、函数体等
包含只读的常量：字符串常量、const修饰的全局变量
特点：
只读性：防止程序意外修改自身代码
可共享：多个进程可以共享同一份代码副本（如多个实例运行同一程序）
大小固定：编译链接后确定，运行时不变
位于内存低地址区域
二、数据段（Data Segment / 静态区）
作用：
存储全局变量和静态变量
初始化的全局变量（全局区）
未初始化的全局变量（BSS段）
静态局部变量和静态全局变量
特点：
生命周期最长：从程序启动到结束一直存在
自动初始化：
显式初始化的变量：初始值在编译时确定
未显式初始化的变量：系统自动初始化为0（或NULL）
位于代码段之上
大小在编译时确定
三、堆（Heap）
作用：
动态内存分配区域
存储
malloc、new、calloc、realloc等分配的内存特点：
动态性：大小在运行时动态变化
手动管理：
程序员负责申请和释放内存
可能产生内存泄漏（未释放）或悬空指针
向上增长：向高地址方向扩展
碎片化风险：频繁分配释放可能导致内存碎片
分配速度相对较慢：需要寻找合适大小的空闲块
四、栈（Stack）
作用：
存储函数调用上下文和局部变量
函数参数
返回地址
局部变量
函数调用的寄存器保存区
特点：
自动管理：编译器自动分配和释放
后进先出（LIFO）：函数调用和返回符合栈的特性
向下增长：向低地址方向扩展
速度快：只需移动栈指针即可分配内存
大小有限：通常较小（Linux默认8MB），可能发生栈溢出
生命周期短：随函数调用开始，随函数返回结束
对比表格
| 特性 | 栈 | 堆 | 数据段 | 代码段 |
|---|---|---|---|---|
| 存储内容 | 局部变量、函数参数、返回地址 | 动态分配的内存 | 全局/静态变量 | 程序代码、常量 |
| 管理方式 | 自动（编译器） | 手动（程序员） | 自动（系统） | 自动（系统） |
| 生命周期 | 函数调用期间 | 直到显式释放 | 整个程序运行期间 | 整个程序运行期间 |
| 大小 | 固定且较小 | 动态变化，理论上受限于系统 | 编译时确定 | 编译时确定 |
| 生长方向 | 向下（低地址） | 向上（高地址） | - | - |
| 访问速度 | 最快 | 较慢 | 快 | 快 |
| 线程共享 | 每个线程独立 | 进程内共享 | 进程内共享 | 进程内共享 |
2.2、实际内存布局示例（Linux x86-64）
text
高地址
┌─────────────────┐
│ 内核空间 │
├─────────────────┤
│ 栈 (向下增长) │ ← 栈指针(SP)
│ ... │
├─────────────────┤
│ ... │
├─────────────────┤
│ 堆 (向上增长) │ ← 堆指针(brk)
│ ... │
├─────────────────┤
│ 未初始化数据段(BSS)│
├─────────────────┤
│ 已初始化数据段 │
├─────────────────┤
│ 代码段 │
└─────────────────┘
低地址编程注意事项
栈溢出：避免大局部变量或深度递归
堆管理 ：确保配对使用
malloc/free、new/delete数据段：过度使用全局变量会增加内存占用
代码段：常量字符串在此区域，不可修改
三、C/C++内存分布
我们先来看下面的一段代码和相关问题
cpp
int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
static int staticVar = 1;
int localVar = 1;
int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
char char2[] = "abcd";
const char* pChar3 = "abcd";
int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
free(ptr1);
free(ptr3);
}选择题：
选项：A.栈 B.堆 C.数据段(静态区) D.代码段(常量区)
globalVar在哪里？____
staticGlobalVar在哪里？____
staticVar在哪里？____
localVar在哪里？____
num1 在哪里？____
答案：C、C、C、A、A
解析：
我们根据表格可以看出，也可以看下面这个表格：
分区 作用 特点 栈（Stack） 存储局部变量、函数调用上下文 自动分配 / 释放（栈帧）、连续内存、大小固定（几 MB） 堆（Heap） 动态分配内存（如 new/malloc） 手动 / 自动回收、非连续、大小灵活（可达 GB 级） 全局 / 静态区 存储全局变量、静态变量 程序启动分配、退出释放 常量区 存储字符串常量、const 变量 只读、程序退出释放 代码区 存储程序指令（二进制） 只读、可共享 char2在哪里？____
*char2在哪里？___
pChar3在哪里？____
*pChar3在哪里？____
ptr1在哪里？____
*ptr1在哪里？____
答案：A、A、A、D、A、B
解析：
我们首先来看char2，他是一个数组，我们知道数组名代表整个数组那他就是在栈上；pchar3大家可能都觉得他有个const修饰那他应该在常量区，这个const修饰的是指向内容，并不修饰本身，所以他也在栈上；数组名代表整个数组，这里char2解引用就代表首元素的地址解引用（实际就是a），这个数组在栈上，所以解引用也是在栈上；pChar3也在栈上，解引用找他的指向内容，他指向这个常量字符串，这个常量字符串在常量区，所以*pChar也在常量区；我们来总结一下其实就是在常量区有个"abcd\0"，我们在栈上定义一个数组char2，我们将常量区的"abcd\0"拷贝一份给他，在栈上再定义一个局部的指针变量，这个局部的指针变量指向这个字符串首元素的地址，当我们解引用就是常量区的"abcd\0"的a，给出图解如下：
常量区的数据不可以修改！
我们在栈上定义了一指针变量ptr1，然后malloc一块空间，指针指向那快空间，然后那块空间在堆区上，所以解引用*ptr1就在堆区上；
ptr1是Test()函数内的局部指针变量 ，局部变量会存储在栈区（函数调用时分配栈帧，函数结束后自动释放）。
ptr1是通过malloc动态分配内存得到的指针，malloc会从堆区 申请内存空间；*ptr1是ptr1指向的内存空间，因此存储在堆区 （需手动调用free释放）。
【说明】
- 栈又叫堆栈 -- 非静态局部变量 / 函数参数 / 返回值等等，栈是向下增长的。
- 内存映射段是高效的 I/O 映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。（Linux 课程如果没学到这块，现在只需要了解一下）
- 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
- 数据段 -- 存储全局数据和静态数据。
- 代码段 -- 可执行的代码 / 只读常量。
四、C语言中动态内存管理方式：malloc / calloc / realloc / free
4.1、malloc / calloc / realloc的区别
大家要是想详细了解可以移步我以前写过的一篇博客：【C语言】C 动态内存管理全解析：malloc/calloc/realloc 与柔性数组实战-CSDN博客
https://blog.csdn.net/2501_91731683/article/details/150438447这里我们简单为大家讲解一下大致的区别：
malloc是动态内存开辟但是不会初始化；calloc是动态内存开辟并且初始化为0；realloc是在原有的动态内存空间上去扩容（如果原有空间后没有足够连续内存，会重新分配一块更大的内存，把原数据拷贝过去，再释放原内存）
cpp
void Test()
{
int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int) * 10);
cout << p2 << endl;
cout << p3 << endl;
// 这里需要free(p2)吗？
free(p3);
}这里的p2不需要free，这里的realloc可能原地扩容也可能异地扩容，原地扩容他们俩地址是一样的，释放一次就可以了，要是异地扩容也不需要我们去释放p2，因为realloc申请一块新的空间然后进行拷贝原空间，结束后会释放原空间，再把新空间返回给p3。
4.2、malloc的实现原理（了解）
这部分现阶段我们并不做重点去了解，大家要是感兴趣可以自行去学习了解，等我们学的多了再回头来看这些，这里有个b站的视频链接，大家感兴趣可以去学习：
gilbc中malloc实现原理https://www.bilibili.com/video/BV117411w7o2/?spm_id_from=333.788.videocard.0
