内存基础
1. 进制
在基数为 R 的进制中,包含 R 个数字符号, 分别是 0, 1, 2, …, R-1 一个整数n位、小数m位的R进制数字，可以表示为：
其中， 是第 位上的数字符号，满足 。 同时，也可以用连加符号来表示：
1.1 二进制
二进制是基数为 2 的进制系统，使用两个数字符号：0 和 1。每一位上的权重是 2 的幂次方。
如：
1.2 八进制、十六进制与二进制的换算
八进制和十六进制是计算机常用的进制。
- 八进制（Oct，简写O）：使用八个数字符号：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 和 7。
- 十六进制（Hex，简写H）：使用十六个数字符号：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E 和 F。
由于 和 ，八进制和十六进制的每一位可以直接对应二进制的三位和四位：
八进制：
0 = 0b000 1 = 0b001 2 = 0b010 3 = 0b011
4 = 0b100 5 = 0b101 6 = 0b110 7 = 0b111
十六进制：
0 = 0b0000 1 = 0b0001 2 = 0b0010 3 = 0b0011
4 = 0b0100 5 = 0b0101 6 = 0b0110 7 = 0b0111
8 = 0b1000 9 = 0b1001 A = 0b1010 B = 0b1011
C = 0b1100 D = 0b1101 E = 0b1110 F = 0b11112. 比特、字节与字
- 比特（bit）：计算机的最小数据单位，只有两个取值：0或1
- 字节（Byte）：一个字节由8个比特组成，即
1Byte = 8bit - 字（Word）：计算机进行数据处理和存储时，作为一个单元的一组二进制数位。
- 字的长度（即一个字包含的比特位数）取决于计算机的硬件架构。早期16位计算机系统中，一个字是16比特位，在现在的32位和64位计算机系统中，一个字分别是32比特和64比特。
- 计算机的 CPU 在处理数据时，通常以字为单位进行操作。较大的字长意味着 CPU 一次能够处理更多的数据，从而提高计算机的运算速度和效率
3. 内存与地址
- 内存是计算机中用于暂时存储数据和程序的部件，当你打开一个程序，程序及其相关数据就会被加载到内存中，CPU 才能对它们进行处理。
- 内存地址：内存地址是内存中每个存储单元（每个字节）的唯一编号，CPU通过地址获取数据存储在内存中的位置，进而进行读写操作。
注：对于32位系统，由于地址总线宽度为 32 位，我们用 32 个二进制位来表示地址，通常写成十六进制也就是 0x00000000 到 0xFFFFFFFF 的形式。类似地，64位系统用 64 个二进制位来表示地址，通常写成十六进制也就是 0x0000000000000000 到 0xFFFFFFFFFFFFFFFF 的形式。
C++的内存结构：
3.1 C++进程的内存布局
- 代码段 (
.text)：编译后的机器指令、函数代码，只读共享 - 常量段 (
.rodata)：字符串字面量、const全局常量，只读 - 全局 / 静态数据段 (
.data/.bss).data：初始化全局变量、静态局部变量.bss：未初始化全局 / 静态变量，程序启动清零
- 堆 (
Heap) - 共享库、内存映射区域
- 栈 (
Stack)（每个线程独立栈） - 内核空间（用户程序不可访问）
其中，堆和栈是程序运行时动态分配的内存区域。堆用于动态分配内存，从低地址往高地址增长；而栈用于函数调用和局部变量的存储，从高地址往低地址增长；两者中间留大片空闲虚拟内存，避免碰撞。
3.2 栈的管理规则
- 操作系统预先分配固定大小：Windows 默认 1MB，Linux 默认 8MB，编译链接时可改栈大小
- 自动生命周期：进入函数分配栈帧，函数 return 自动销毁栈帧，无需手动释放
- 分配极快：只修改栈寄存器 rsp/sp，无系统调用
- LIFO 后进先出，栈帧连续内存，无碎片
- 缺点：空间极小，大数组、深度递归会触发 栈溢出 Stack Overflow
3.3 堆的管理规则
- 空间巨大：使用进程剩余虚拟内存，上限由操作系统 / 物理内存限制
- 手动管理：
- C：malloc 申请，free 释放
- C++：new 申请，delete 释放；忘记释放造成内存泄漏；重复释放、野指针崩溃
- 分配慢：需要堆管理器查找空闲块、维护链表元数据，频繁分配释放产生内存碎片
- 生命周期不受函数限制：函数退出堆内存不会自动销毁，必须手动释放
- 进程全局共享，所有线程共用同一块堆，并发分配需要加锁，存在竞争
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