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引言

在動態內存的博客中，我提到：

在Linux 內存管理的博客中，我提到：

盡管都有盡可能完全的描述，并且兩者大致意思沒有沖突。而之所以令我一直感到略有不同，越看越迷糊的原因是：第一張圖講的其實是C++在概念上對內存的劃分，第二張圖講的是Linux對虛擬內存進行的劃分。 前者是概念上的，也是C++程序在運行時會切實執行的，而后者就是在Linux系統上對前者概念的具象化！下面進行進一步分析。

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C++對內存的劃分如何落實在Linux上

C++其實將內存劃分為兩種：動態存儲區、靜態存儲區。

第一張圖對動態存儲區進行了進一步劃分——堆、棧。

而網上其他博客可能還會對動態存儲區進行進一步劃分——堆、棧、自由存儲區。并對靜態存儲區進行進一步劃分——常量存儲區、全局/靜態存儲區。

可謂是五花八門，我們不妨先做個歸攏：

自由存儲區和堆之間的問題

這篇博客分析地很詳細C++ 自由存儲區是否等價于堆？，我引用其中一些內容進行分析：

在概念上我們是這樣區分兩者的：

• malloc 在堆上分配的內存塊，使用 free 釋放內存。
• new 所申請的內存則是在自由存儲區上，使用 delete 來釋放。

那么物理上，自由存儲區與堆是兩塊不同的內存區域嗎？它們有可能相同嗎？

基本上，所有的 C++編譯器 默認使用堆來實現自由存儲，也即是缺省的全局運算符 new 和 delete 也許會按照 malloc 和 free 的方式來被實現，這時藉由 new 運算符 分配的對象，說它在堆上也對，說它在自由存儲區上也正確。 但程序員也可以通過重載操作符，改用其他內存來實現自由存儲，例如全局變量做的對象池，這時自由存儲區就區別于堆了。

總結：

• 自由存儲 是 C++ 中通過 new 與 delete 動態分配和釋放對象的抽象概念，而 堆（heap）是 C語言 和 操作系統 的術語，是操作系統維護的一塊動態分配內存。

• new 所申請的內存區域在 C++ 中稱為自由存儲區。藉由堆實現的自由存儲，可以說 new 所申請的內存區域在堆上。

• 堆與自由存儲區的運作方式不同、訪問方式不同，所以應該被當成不一樣的東西來使用。

如何落實在Linux上？

C++中的堆自然也就對應Linux中的堆段，而C++中的自由存儲區，如果不主動改用其他內存來實現自由存儲，那么理應也在堆段上。

而正如上面所言，堆段由程序員進行申請和釋放：

int main(){int *pi = new int; // pi指向一個動態分配的、未初始化的無名對象,該對象的地址位于堆上// 而pi的地址位于main函數的棧上
}

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棧

C++中的棧自然對應Linux中的棧段，棧段是進程運行之初（從main函數開始）創建的，進程運行時（main函數中）每調用一個函數就會在棧段上申請一段空間作為棧幀，來管理調用函數的相關信息。

void fun(){int j = 2; // 調用fun時，j存在于fun的棧幀上cout << "hello" << endl;
}
int main(){ // 創建棧段int i = 1; // 存在于棧段上fun(); // 創建棧幀
}

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常量區

c++ 中，一個 const 不是必需創建內存空間，而在 c 中，一個 const 總是需要一塊內存空間。

常量分為全局常量和局部常量：

全局常量

是否要為 const全局變量 分配內存空間，取決于這個全局常量的用途，如果是充當著一個值替換（將一個變量名替換為一個值），那么就不分配內存空間，不過當對這個全局常量取地址或者使用 extern 時，會分配內存，存儲在只讀數據段，是不能修改的。

因為全局變量在內存中的位置與全局常量一樣，只不過沒有 read only 屬性，因此在這里也就一并提了，全局常量同樣被分配到數據段上，但是可以修改。

PS：未初始化 或 初始化為0 的全局變量（包括全局常量）被分配在 .bss 段上，已初始化 的被分配在 數據段 上。

局部常量

1. 對于基礎數據類型，也就是 const int a = 10 這種，編譯器會把它放到符號表中，不分配內存，當對其取地址時，會在棧段分配內存。
2. 對于基礎數據類型，如果用一個變量初始化 局部常量，如果 const int a = b，那么也是會給 a 在棧段分配內存。
3. 對于自定數據類型，比如類對象，那么也會在棧段分配內存。

題外話

• c 中 const 默認為外部連接，c++ 中 const 默認為內部連接。
• 當 c 語言兩個文件中都有 const int a 的時候，編譯器會報重定義的錯誤。
• 而在 c++ 中則不會，因為 c++ 中的 const 默認是內部連接的。如果想讓 c++ 中的 const 具有外部連接，必須顯式聲明為 extern const int a = 10 。

示例

const int lx = 5;
// 沒有使用的時候僅保存在符號表
// 使用extern或取地址的時候為其在數據段的只讀部分分配內存
// 個人猜測也有可能在代碼段的.rodata。
int o = 6;class A
{const int lz = 1; // 在棧段分配內存
public:void put() {cout << &lz << endl;}
};int main() {A a;int x = 2; // 對照main中的變量來確定其他常量的位置// 因為我們確定 x 在棧段上// 因此如果其他常量的地址與 x 的地址類似// 則說明其他常量也在棧段上const int z = 1; // 取地址時，會在棧段分配內存const int y = x; // 取地址時，會在棧段分配內存
}

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靜態存儲區

靜態變量分為：全局靜態變量、局部靜態變量。

而關于它們的存儲位置，我在 Linux內存管理 一文中已經說的很詳細了，下面的靜態變量包括全局靜態變量和局部靜態變量：

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靜態局部變量

猜測下面代碼的輸出結果：

void f(int) {static int i = 0;cout << &i << " " << ++i << endl;
}
void f(double) {static int i = 0;cout << &i << " " << ++i << endl;
}
int main() {f(1);f(1.0);f(1);f(1.0);f(1);
}

答案：

這里證明了靜態局部變量的特性：只初始化一次，并且只對定義自己的函數可見。 因此在上面的調用中，并不會出現因為兩個靜態局部變量名字相同而賦值出錯的情況。

靜態局部變量、靜態全局變量、全局變量的異同

1. 全局變量在整個工程文件內都有效，靜態全局變量只在定義它的文件內有效；
2. 靜態局部變量只在定義它的函數內有效，且程序僅分配一次內存（只初始化一次），函數返回后，該變量不會消失；
3. 全局變量和靜態變量如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化為 0 。
4. 靜態局部變量 與 靜態全局變量 共享 數據段（或.BSS段）。

macOS系統的測試結果

macOS系統下，測試結果如下：

#include <string>
#include <iostream>using namespace std;const int a = 0;int a1;int a2 = 1;static const int a3 = 2;static int a4 = 2;class A{
public:int b;const int b1 = 1;static const int b2 = 2;static int b3;void put(){cout << "類內變量：" << &b << endl;cout << "類內常量：" << &b1 << endl;}
};const int A::b2;
int A::b3;int main(){int c;const int c1 = 1;static int c2;static const int c3 = 5;cout << "全局常量：" << &a << endl;cout << "全局靜態常量：" << &a3 << endl;cout << "類內靜態常量：" << &A::b2 << endl;cout << "局部靜態常量：" << &c3 << endl;cout << "類內靜態變量：" << &A::b3 << endl;cout << "局部靜態變量：" << &c2 << endl;cout << "全局變量，未初始化：" << &a1 << endl;cout << "全局變量，已初始化：" << &a2 << endl;cout << "全局靜態變量：" << &a4 << endl;cout << "局部變量：" << &c << endl;cout << "局部常量：" << &c1 << endl;A a;a.put();return 0;
}

輸出結果：

總結

• 非靜態、非全局 的 類內、局部變量 都在 棧 上。
• 【全局】 / 【靜態（不論 局部 還是 類內）】的 常量，都在 .bss 段上。
• 【全局】 / 【靜態（不論 局部 還是 類內）】的 變量，都在 數據段中 .bss 段以外的位置 上。