$fix: .data\ first,\ then\ .bss$

1 编译时间确定

这些段的大小与位置在运行之前就会被编译器与链接器确定。

1.1 代码（文本）段

  • .text 文本段存放程序经过编译 - 汇编 - 链接后生成的机器码。
1
2
3
4
graph LR
A[Code]-->|Compilation|B[ASM]
B-->|Assembly|C[Binary]
C-->|Linker|D[.text]

1.2 静态数据段

1.2.1 只读数据段

该段落存放常量，包括字符串常量，const 修饰的全局变量以及硬编码数据等。

1.2.2 数据段

该段落存放具有初值的全局或者局部变量。

1.2.3 BSS段

.bss 段也就是 Blocked Start By Symbol ，存放未初始化或者初始化为 0 的变量。

2 运行时间确定

这些内存空间在程序运行时动态进行分配。

2.1 堆

堆是一个用于动态分配的内存区。这片区域的内存由程序员手动申请与管理。

C C++
malloc new
free delete 忘记释放内存将会导致内存泄漏

在操作系统中，堆在逻辑上是无限的，其大小取决于整台电脑的虚拟内存。

堆可能出现几个问题:

  1. 内存泄漏：程序申请了一块内存，使用之后却没有进行归还，导致这块内存空间永久被占用。
  2. 内存碎片：当频繁地申请和释放内存时，内存空间会被分割为很多大小不一的块，那么内存空间就会碎片化，导致不能一次性申请一个连续的大内存块，即使此时碎片空间的总和大于这个需求，由于不连续，这些空间不能这样利用。

堆的速度比较慢，这是因为堆空间总是需要通过指针来访问，而且申请释放堆空间函数的逻辑也比较复杂。

由于内存碎片的产生，堆上的数据往往散落在 RAM 的各个角落（分散内存）。当 CPU 尝试读取一组数据时，如果它们不连续，就会频繁触发 Cache Miss，被迫去慢速的物理 RAM 中读取数据。

2.2 栈

栈是一块 总大小在编译时确定 （但其内存空间是动态调用的），由编译器而非程序员维护的内存区域。其主要用于局部变量、函数形参以及返回地址的存储以及函数的调用。

栈与队列是相反的，它遵循的是先进后出，后进先出的一种数据结构。

当我们调用一个函数的时候，首先将它的函数调用栈，也就是栈帧压入栈中。一个栈帧包含了这个函数的一些信息，比如说

  • 调用（Caller）的上下文
  • 局部变量
  • 函数的参数与返回地址

当函数执行完返回的时候，这个栈帧被弹出，函数所占用的内存空间也立刻会被回收。

栈的读取写入速度相比于堆非常快，这是因为栈不需要程序员来操作，而是由 CPU 指令集支持，并且栈的空间结构规整，不会出现堆的碎片化以及 Cache Miss 问题。

栈中可能会出现这些问题：

  1. 栈溢出，StackOverflow : 当程序使用的空间超过了整个栈的大小时，栈溢出就会发生。这可能由于函数的深度递归或者是一个巨大的局部变量所造成。