一.虛擬地址空間
64位的CPU一次處理64Bit(8字節)數據。
32位編譯模式
在32位模式下，一個指針或地址占用4個字節的內存，共有32位，理論上能夠訪問的虛擬內存空間大小為 2^32 = 0X100000000 Bytes，即4GB，有效虛擬地址范圍是 0 ~ 0XFFFFFFFF。
程序能夠使用的最大內存為 4GB，跟物理內存沒有關系。
如果程序需要的內存大於物理內存，或者內存中剩余的空間不足以容納當前程序，那么操作系統會將內存中暫時用不到的一部分數據寫入到磁盤，等需要的時候再讀取回來，而我們的程序只管使用 4GB 的內存，不用關心硬件資源夠不夠。
如果物理內存大於 4GB，例如目前很多PC機都配備了8GB的內存，那么程序也無能為力，它只能夠使用其中的 4GB。
64位編譯模式
在64位編譯模式：能夠訪問的虛擬內存空間大小為 2^64。這是一個很大的值，幾乎是無限的，就目前的技術來講，不但物理內存不可能達到這么大，CPU的尋址能力也沒有這么大，實現64位長的虛擬地址只會增加系統的復雜度和地址轉換的成本，帶不來任何好處，所以 Windows 和 Linux 都對虛擬地址進行了限制，僅使用虛擬地址的低48位（6個字節），總的虛擬地址空間大小為 2^48 = 256TB。
需要注意的是：
32位的操作系統只能運行32位的程序（也即以32位模式編譯的程序），64位操作系統可以同時運行32位的程序（為了向前兼容，保留已有的大量的32位應用程序）和64位的程序（也即以64位模式編譯的程序）。
64位的CPU運行64位的程序才能發揮它的最大性能，運行32位的程序會白白浪費一部分資源。
二，內存分配
Windows：在默認情況下會將高地址的 2GB 空間分配給內核（也可以配置為1GB）。
Linux： 默認情況下會將高地址的 1GB 空間分配給內核。
內核空間
分配給內核的這段空間成為內核空間。
為了安全，只能借助系統API來訪問你自己，這個API函數俗稱為 System Call
用戶空間
應用程序只能使用剩下的 2GB 或 3GB 的地址空間，稱為用戶空間（User Space）。
注意：為神馬內核空間和用戶空間要放到一個地址空間中，單獨給內核空間一段地址空間不行么？。
內核用有自己獨立的地址空間讓內核處於一個獨立的進程中，
這樣每次進行系統調用都需要切換進程。切換進程的消耗是巨大的，不僅需要寄存器進棧出棧，還會使CPU中的數據緩存失效、MMU中的頁表緩存失效，這將導致內存的訪問在一段時間內相當低效。
而讓內核和用戶程序共享地址空間，發生系統調用時進行的是模式切換，模式切換僅僅需要寄存器進棧出棧，不會導致緩存失效；現代CPU也都提供了快速進出內核模式的指令，與進程切換比起來，效率大大提高了。
MMU：內存管理單元，負責虛擬地址映射為物理地址。
虛擬地址：現代操作系統都使用分頁機制來管理內存，這使得每個程序都擁有自己的地址空間。每當程序使用虛擬地址進行讀寫時，都必須轉換為實際的物理地址，才能真正在內存條上定位數據。
1，內存分配的類型：
在C/C++中內存分為5個區，分別為棧區、堆區、全局/靜態存儲區、常量存儲區、代碼區。
靜態內存分配:編譯時分配。包括:全局、靜態全局、靜態局部三種變量。
動態內存分配:運行時分配。包括:棧(stack): 局部變量。堆(heap): c語言中用到的變量被動態的分配在內存中。(malloc或calloc、realloc、free函數)
這是linux32位環境下的內存分布情況
2.變量的內存分配：
棧區（stack）：指那些由編譯器在需要的時候分配，不需要時自動清除的變量所在的儲存區，如函數執行時，函數的形參以及函數內的局部變量分配在棧區，函數運行結束后，形參和局部變量去棧（自動釋放）。棧內存分配運算內置與處理器的指令集中，效率高但是分配的內存空間有限。
堆區（heap）：指哪些由程序員手動分配釋放的儲存區，如果程序員不釋放這塊內存，內存將一直被占用，直到程序運行結束由系統自動收回，c語言中使用malloc，free申請和釋放空間。
全局數據區（global data）：全局變量和靜態變量的儲存是放在一塊的，其中初始化的全局變量和靜態變量在一個區域，這塊空間當程序運行結束后由系統釋放。
常量儲存區（const）：常量字符串就是儲存在這里的，如“ABC”字符串就儲存在常量區，儲存在常量區的只讀不可寫。const修飾的全局變量也儲存在常量區，const修飾的局部變量依然在棧上。
程序代碼區：存放源程序的二進制代碼。
三.堆與棧
棧：
先進后出原則
一段連續的內存，需要同時記錄棧頂和棧底，才能對當前的棧定位。
內存有限，一般是1M-8M，超過這個值就會**棧溢出**。
棧通常也叫堆棧， 但是這里面的堆依然是堆，堆棧這個詞並不包含誰。
堆和棧區別->c語言的角度分析:
1、存儲方式：
棧：在函數調用時，棧中存放的是函數中各個參數(局部變量)。棧底下是函數調用后的下一條指令。
堆：一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。
具體請看例子：
void function()
{
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
}
2、管理方式：
棧：由系統自動分配空間，同時系統自動釋放空間。例如，聲明在函數中一個局部變量“int b“。系統自動在棧中為b開辟空間，當對應的生存周期結束后棧空間自動釋放。
堆：需要程序員手動申請並且手動釋放，並指明大小。在C語言中malloc函數申請，釋放free函數，在C＋＋中new和delete實現。
3、空間大小不同：
棧：一般情況下是1-8M大小的內存，超過就會棧溢出。
堆：獲得空間根據系統的有效虛擬內存有關，比較靈活，比較大。
3.回收內存是否產生碎片問題：
棧：空間連續的，所以不會產生碎片。
堆：鏈式存儲，會產生碎片。
5、數據擴展方式：
棧：向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。
堆：向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。
簡單補一下高低地址的問題：
如int a=16777220，化為十六進制是0x01 00 00 04則04屬於低字節，01屬於高字節（共四個字節），進棧就是壓棧，所以是往低地址擴展的數據結構。
6、分配方式：
棧：有2種分配方式——靜態分配和動態分配。靜態由編譯器完成，例如局部變量;動態由alloca函數實現，並且編譯器會進行釋放。
堆：都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。
7、分配效率不同：
棧：由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。
堆：由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片，不過用起來方便。
四，動態內存分配
1.malloc函數；
函數原型: void * malloc (size_ t size) ;
功能:
1.開辟一塊size大小的連續堆內存。
2.size表示堆 上所開辟內存的大小(字節數)。
3.函數返回值是一個指針，指向剛剛開辟的內存的首地址。
4.如果開辟內存失敗， 返回一個空指針，即返回值為NULL。
5.當內存不再 使用時，應使用free ()函數將內存塊釋放
6.使用時 必須包含頭文件<stdlib.h>或<malloc.h>
2.calloc函數；
函數原型: void * calloc(size_ t n, size t size);
功能:
1.在內存的動態存儲區中分配n個長度為si ze的連續空間，
2.函數返回一個指向分配起始地址的指針;
3.如果分配不成功，返回NULL。
4.當內存不再 使用時，應使用free ()函數將內存塊釋放。
5.使用時 必須包含頭文件<stdlib.h>或<malloc.h>
3.realloc函數；
函數原型:
void * realloc(void * mem_ address, size_ t newsize) ;
功能:
1.為已有內存的變量重新分配新的內存大小(可大、可小) ;
2.先判斷當前的指針是否有足夠的連續空間，如果有，擴大mem_address指向的地址，並且將mem_ address返回;
3.如果空間不夠，先按照newsize指定的大小分配空間，將原有數據從頭到尾拷貝到新分配的內存區域，而后釋放原來mem_address 所指內存區域(注意:原來指針是自動釋放，不需要使用free),同時返回新分配的內存區域的首地址。即重新分配存儲器塊的地址。
4.如果重新分配成功則返回指向被分配內存的指針;
5.如果分配不成功，返回NULL。
6.當內存不再使用時，應使用free ()函數將內存塊釋放
7.使用時必須包含頭文件<stdlib.h>或<malloc.h>
4.free函數。
函數原型: void free (void *ptr) ; //ptr為要釋放的內存指針。
free()：釋放指針變量在堆區上的內存空間，不能釋放棧上的內存空間，free要與malloc(calloc、realloc)成對使用。
注意：
如果malloc（calloc、realloc） 比 free 多， 會造成內存泄漏；
如果malloc（calloc、realloc） 比 free 少，會造成二次刪除， 破壞內存，導致程序崩潰。
參考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/55003485
參考：http://c.biancheng.net/cpp/html/2856.html