內存模型圖
32位CPU可尋址4G線性空間，每個進程都有各自獨立的4G邏輯地址，其中0~3G是用戶態空間，3~4G是內核空間，不同進程相同的邏輯地址會映射到不同的物理地址中。其邏輯地址其划分如下：
各個段說明如下：
3G用戶空間和1G內核空間
靜態區域：
text segment(代碼段):包括只讀存儲區和文本區，其中只讀存儲區存儲字符串常量，文本區存儲程序的機器代碼。
data segment(數據段)：存儲程序中已初始化的全局變量和靜態變量
bss segment(BSS段)：存儲未初始化的全局變量和靜態變量（局部+全局），以及所有被初始化為0的全局變量和靜態變量，對於未初始化的全局變量和靜態變量，程序運行main之前時會統一清零。即未初始化的全局變量編譯器會初始化為0
動態區域：
heap（堆區）： 當進程未調用malloc時是沒有堆段的，只有調用malloc時采用分配一個堆，並且在程序運行過程中可以動態增加堆大小(移動break指針)，從低地址向高地址增長。分配小內存時使用該區域。 堆的起始地址由mm_struct 結構體中的start_brk標識，結束地址由brk標識。
memory mapping segment(映射區):存儲動態鏈接庫等文件映射、申請大內存（malloc時調用mmap函數）
stack（棧區）：使用棧空間存儲函數的返回地址、參數、局部變量、返回值，從高地址向低地址增長。在創建進程時會有一個最大棧大小，Linux可以通過ulimit命令指定。
內存四區：
一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為以下幾個部分
1、棧區(stack)：就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清除的變量的存儲區。里面的變量通常是函數的返回地址、參數、局部變量、返回值等，從高地址向低地址增長。在一個進程中，位於用戶虛擬地址空間頂部的是用戶棧，編譯器用它來實現函數的調用。其操作方式類似於數據結構中的棧。
2、堆區(heap)： 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表，在程序運行過程中可以動態增加堆大小(移動break指針)，從低地址向高地址增長。
堆：是操作系統所維護的一塊特殊內存，它提供了動態分配的功能，當運行程序調用malloc()時就會從中分配，稍后調用free()可把內存交還。
自由存儲區：自由存儲是C++中通過new和delete動態分配和釋放對象的抽象概念，通過new來申請的內存區域可稱為自由存儲區。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，這時自由存儲區和堆區就有區別了。
3、數據區：主要包括靜態全局區和靜態區，如果要站在匯編角度細分的話還可以分為很多小的區。
全局區&靜態區：全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中，在以前的 C 語言中，全局變量和靜態變量又分為
全局初始化區(DATA段) ：存儲程序中已初始化的全局變量和靜態變量
未初始化段(BSS段) ：存儲未初始化的全局變量和靜態變量（局部+全局）。BSS段在DATA段的相鄰的另一塊區域。
BBS段特點：在程序執行前BBS段自動清零，所以未初始化的全局變量和靜態變量在程序執行前已經成為0。
在 C++ 里面沒有這個區分了，他們共同占用同一塊內存區。
4、代碼區：包括只讀存儲區和文本區，其中只讀存儲區存儲字符串常量，就是常量區，文本區存儲程序的機器代碼。
明確區分堆與棧
在 BBS 上，堆與棧的區分問題，似乎是一個永恆的話題，由此可見，初學者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。
首先，我們舉一個例子：
void f() { int* p=new int[5]; }
這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到 new，我們首先就應該想到，我們分配了一塊堆內存，那么指針 p 呢？他分配的是一塊棧內存，所以這句話的意思就是：在棧內存中存放了一個指向一塊堆內存的指針 p。在程序會先確定在堆中分配內存的大小，然后調用 operator new 分配內存，然后返回這塊內存的首地址，放入棧中，他在 VC6 下的匯編代碼如下：
00401028push 14h 0040102Acall operator new (00401060) 0040102Fadd esp,4 00401032mov dword ptr [ebp-8],eax 00401035mov eax,dword ptr [ebp-8] 00401038mov dword ptr [ebp-4],eax
這里，我們為了簡單並沒有釋放內存，那么該怎么去釋放呢？
是 delete p 么？噢，錯了，應該是 delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數組，VC6 就會根據相應的 Cookie 信息去進行釋放內存的工作。
堆和棧的區別
好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區別？
主要的區別由以下幾點：
1、管理方式不同；
2、空間大小不同；
3、能否產生碎片不同；
4、生長方向不同；
5、分配方式不同；
6、分配效率不同；
管理方式：對於棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對於堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產生memory leak。
空間大小：一般來講在 32 位系統下，堆內存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什么限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的棧空間大小是1M（好像是，記不清楚了）。當然，我們可以修改：打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在 Category 中選中 Output，然后在 Reserve 中設定堆棧的最大值和 commit。注意：reserve 最小值為 4Byte；commit 是保留在虛擬內存的頁文件里面，它設置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內存的開銷和啟動時間。
碎片問題：對於堆來講，頻繁的 new/delete 勢必會造成內存空間的不連續，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對於棧來講，則不會存在這個問題，因為棧是先進后出的隊列，他們是如此的一一對應，以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進的棧內容已經被彈出，詳細的可以參考數據結構，這里我們就不再一一討論了。
生長方向：對於堆來講，生長方向是向上的，也就是向着內存地址增加的方向；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向着內存地址減小的方向增長。
分配方式：堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態分配由 malloc 函數進行分配，但是棧的動態分配和堆是不同的，他的動態分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現。
分配效率：棧是機器系統提供的數據結構，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是 C/C++ 函數庫提供的，它的機制是很復雜的，例如為了分配一塊內存，庫函數會按照一定的算法（具體的算法可以參考數據結構/操作系統）在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於內存碎片太多），就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間，這樣就有機會分到足夠大小的內存，然后進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。
從這里我們可以看到，堆和棧相比，由於大量 new/delete 的使用，容易造成大量的內存碎片；由於沒有專門的系統支持，效率很低；由於可能引發用戶態和核心態的切換，內存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的，就算是函數的調用也利用棧去完成，函數調用過程中的參數，返回地址，EBP 和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。
雖然棧有如此眾多的好處，但是由於和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內存空間，還是用堆好一些。
無論是堆還是棧，都要防止越界現象的發生（除非你是故意使其越界），因為越界的結果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結構，產生以想不到的結果,就算是在你的程序運行過程中，沒有發生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉，那時候 debug 可是相當困難的）
對了，還有一件事，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵，清楚了？
static 用來控制變量的存儲方式和可見性
函數內部定義的變量，在程序執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此函數控制）。需要一個數據對象為整個類而非某個對象服務，同時又力求不破壞類的封裝性，即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。
static 的內部機制：
靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數在程序運行中被調用，所以靜態數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內部實現，那里有類的成員函數定義；三是應用程序的 main(）函數前的全局數據聲明和定義處。
靜態數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的內存分配，所以在類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復定義。
static 被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間，靜態數據成員按定義出現的先后順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。
static 的優勢：
可以節省內存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態數據成員的值對每個對象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。引用靜態數據成員時，采用如下格式：
<類名>::<靜態成員名>
如果靜態數據成員的訪問權限允許的話(即 public 的成員)，可在程序中，按上述格式來引用靜態數據成員。
Ps：
(1) 類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導致了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。
(2) 不能將靜態成員函數定義為虛函數。
(3) 由於靜態成員聲明於類中，操作於其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數據類型的指針，函數地址類型是一個“nonmember 函數指針”。
(4) 由於靜態成員函數沒有 this 指針，所以就差不多等同於 nonmember 函數，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個 callback 函數，使得我們得以將 c++ 和 c-based x window 系統結合，同時也成功的應用於線程函數身上。
(5) static 並沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問時間，節省了子類的內存空間。
(6) 靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字 static。
(7) 靜態數據成員是靜態存儲的，所以必須對它進行初始化。
(8) 靜態成員初始化與一般數據成員初始化不同：
初始化在類體外進行，而前面不加 static，以免與一般靜態變量或對象相混淆；
初始化時不加該成員的訪問權限控制符 private、public；
初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；
所以我們得出靜態數據成員初始化的格式：
<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>
(9) 為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共享，但我們有重復定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標志。
函數調用模型
變量三要素是：名稱、大小、作用域。那么變量的生命周期是多長呢？
編譯器是如何管理每個函數間變量的生命周期呢？
要研究變量的生命周期，而變量一般又是在函數中定義分配空間的。
因此下面研究一下變量作為函數參數和返回值傳遞分析,下面我們具體總結一下，各個函數的變量的生命周期
main里面的變量分配內存，函數fa(),函數fb()中的變量分配的內存空間它們的生命周期都是多長呢？
開始已經說明了內存主要分為四區，因此每個函數中變量在堆棧的生命周期是不同的，同時在函數調用的時候，先執行的函數最后才執行完畢
char*fa() { char*pa = "123456";//pa指針在棧區，“123456”在常量區，該函數調用完后指針變量pa就被釋放了 char*p = NULL; //指針變量p在棧中分配4字節 p=(char*)malloc(100);//本函數在這里開辟了一塊堆區的內存空間，並把地址賦值給p strcpy(p, "wudunxiong 1234566");//把常量區的字符串拷貝到堆區 return p;//返回給主調函數fb()，相對fa來說fb是主調函數，相對main來說，fa(),fb()都是被調用函數 } char*fb() { char*pstr = NULL; pstr = fa(); return pstr;//指針變量pstr在這就結束 } void main() { char*str = NULL; str = fb(); printf("str = %s\n",str); free(str); //防止內存泄露，被調函數fa()分配的內存存的值通過返回值傳給主調函數，然后主調函數釋放內存 str = NULL;//防止產生野指針 system("pause"); }
函數調用總結：
1、主調函數分配的內存空間（堆，棧，全局區）可以在被調用函數中使用，可以以指針作函數參數的形式來使用
2、被調用函數分配的內存空間只有堆區和全局區可以在主調函數中使用（返回值和函數參數），而棧區卻不行，因為棧區函數體運行完之后
這個函數占用的內存編譯器自動幫你釋放了。
3、一定要明白函數的主被調關系以及主被調函數內存分配回收，也就是后面接下幾篇總結的函數的輸入輸出內存模型
[參考:https://www.cnblogs.com/daocaoren/archive/2011/06/29/2092957.html]
[參考:https://blog.csdn.net/wu5215080/article/details/38899259]