在 C++ 程序运行过程中，程序的内存空间会被划分为四个主要区域：代码区、全局区（又称数据区）、堆区、栈区。

理解这四个区域对于掌握变量的生命周期、程序性能优化、调试等方面具有重要意义。本文将从结构、原理、示例三个维度，深入解析内存四区的特性和作用。

内存四区概览

区域 存储内容 分配方式 生命周期
代码区 程序的机器指令（函数体） 编译时 程序运行期保持不变
全局区 全局变量、静态变量、常量 编译时 程序运行期
栈区 函数调用时的局部变量、参数等 编译器自动分配 函数调用到返回
堆区 程序运行中动态申请的内存 程序员手动分配 手动释放，否则内存泄漏

代码区（Code Segment）

定义

代码区用于存放程序执行的机器指令，例如函数体（包括main函数和其他用户定义函数）的二进制代码。

特点

  • 只读属性：存储编译后的二进制机器指令，一般为只读，以防止程序意外修改指令代码。
  • 共享特性：相同程序多个实例共享同一份代码，提高内存使用效率。
  • 确定大小：在程序编译时即确定所需空间

示例

sayHello() 函数体就被编译器存入代码区中。

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void sayHello() {
    std::cout << "Hello, world!" << std::endl;
}

全局区（Global Segment）

定义

也称为数据段或静态区，主要用于存储：

  • 全局变量
  • 静态变量（局部或全局）
  • 字符串常量

特点

  • 未初始化变量默认置零
  • 生命周期持续到程序结束
  • 在编译阶段分配内存

示例

这些变量都分配在全局区。

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int globalVar = 10;         // 全局变量
static int staticVar = 20;  // 静态变量
const char* str = "Hello";  // 字符串常量

void func() {
    static int localStatic = 30;  // 局部静态变量
}

栈区（Stack）

定义

由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量等。

特点

  • 自动管理：由编译器自动分配/释放，生命周期短，随着函数调用与结束自动开辟和释放。
  • FILO结构：先进后出的内存结构
  • 高效存取：操作仅需移动栈指针，内存空间有限

示例

a 的生命周期仅限于 func() 的执行过程，func() 退出时 a 被自动销毁。

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void func() {
    int a = 5;  // 局部变量，存放在栈区
}

堆区（Heap）

定义

堆区的内存由程序员手动申请、释放，适用于动态需求的对象。

特点

  • 显式控制：通过new/delete管理，使用不当会导致内存泄漏。
  • 容量灵活：受系统可用内存限制，大对象、动态数组、容器通常位于堆上。
  • 生命周期：手动控制释放时机。

示例

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int* p = new int(100);  // 在堆区申请一个整数空间
delete p;               // 手动释放，否则内存泄漏

void heapExample() {
    int* arr = new int[100];  // 堆内存分配
    // ...使用数组...
    delete[] arr;             // 必须显式释放
}

内存地址验证示例

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#include <iostream>

int global_var; // 全局区

int main() {
    static int static_var; // 全局区
    int stack_var;         // 栈区
    int* heap_var = new int; // 堆区

    std::cout << "全局变量地址: " << &global_var << std::endl;	// 全局变量地址: 0x404010
    std::cout << "静态变量地址: " << &static_var << std::endl;	// 静态变量地址: 0x404014
    std::cout << "栈变量地址:   " << &stack_var << std::endl;	// 栈变量地址:   0x7ffd1234abcc
    std::cout << "堆变量地址:   " << heap_var << std::endl;		// 堆变量地址:   0x1d3dc20

    delete heap_var;
}

总结

区域 分配方式 注意事项
代码区 编译生成 不可修改，注意共享机制
全局区 静态分配 生命周期长，避免滥用
栈区 自动管理 空间有限，避免栈溢出
堆区 手动管理 要确保匹配的 new / delete

栈区和堆区的对比

栈区 堆区
分配速度 快（指令级操作） 慢（可能涉及系统调用）
空间大小 固定（MB级） 灵活（GB级）
管理方式 自动 手动
碎片问题 无 可能产生内存碎片
访问效率 CPU缓存友好 可能引起缓存未命中