内存分配——静态存储区 栈 堆 与static变量

一、内存基本构成

    可编程内存在基本上分为这样的几大部分:静态存储区、堆区和栈区。他们的功能不同,对他们使用方式也就不同。
   
静态存储区:内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。它主要存放静态数据、全局数据和常量。
   
栈区:在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
   
堆区:亦称动态内存分配。程序在运行的时候用mallocnew申请任意大小的内存,程序员自己负责在适当的时候用freedelete释放内存。动态内存的生存期可以由我们决定,如果我们不释放内存,程序将在最后才释放掉动态内存。但是,良好的编程习惯是:如果某动态内存不再使用,需要将其释放掉,否则,我们认为发生了内存泄漏现象。

代码区:存放函数体的二进制代码。

文字常量区  —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。

    函数指针指向Code区,是程序运行的指令代码,数据指针指向Data,Heap,Stack区,是程序依赖以运行的各种数据

   在文件作用域声明inline函数默认为static存储类型,const常量默认为static存储,如果加上extern,则为外部存储类型。

全局静态变量

1.在全局变量之前加上关键字static,全局变量就被定义成为一个全局静态变量。

1)内存中的位置:静态存储区(静态存储区在整个程序运行期间都存在)

2)初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是           任意的,除非他被显示初始化)

3)作用域:全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。

  定义全局静态变量的好处:

<1>不会被其他文件所访问,修改

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量,不会发生冲突。

2. 局部静态变量

在局部变量之前加上关键字static,局部变量就被定义成为一个局部静态变量。

1)内存中的位置:静态存储区

2)初始化:未经初始化的局部静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)

3)作用域:作用域仍为局部作用域,当定义它的函数或者语句块结束的时候,作用域随之结束。

  注:当static用来修饰局部变量的时候,它就改变了局部变量的存储位置,从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后,并没有被销毁,而是仍然驻留在内存当中,直到程序结束,只不过我们不能再对他进行访问。

  当static用来修饰全局变量的时候,它就改变了全局变量的作用域(在声明他的文件之外是不可见的),但是没有改变它的存放位置,还是在静态存储区中。、

三、三者之间的区别
   
我们通过代码段来看看对这样的三部分内存需要怎样的操作和不同,以及应该注意怎样的地方。
   
例一:静态存储区与栈区 
  char* p = “Hello World1”;
  char a[] = “Hello World2”;
  p[2] = ‘A’;
  a[2] = ‘A’; 
  char* p1 = “Hello World1;”

这个程序是有错误的,错误发生在p[2] = ‘A’这行代码处,为什么呢,是变量p和变量数组a都存在于栈区的(任何临时变量都是处于栈区的,包括在main()函数中定义的变量)。但是,数据“Hello World1”和数据“Hello World2”是存储于不同的区域的。
   
因为数据“Hello World2”存在于数组中,所以,此数据存储于栈区,对它修改是没有任何问题的。因为指针变量p仅仅能够存储某个存储空间的地址,数据“Hello World1”为字符串常量,所以存储在静态存储区。虽然通过p[2]可以访问到静态存储区中的第三个数据单元,即字符‘l’所在的存储的单元。但是因为数据“Hello World1”为字符串常量,不可以改变,所以在程序运行时,会报告内存错误。并且,如果此时对pp1输出的时候会发现pp1里面保存的地址是完全相同的。换句话说,在数据区只保留一份相同的数据

例二:栈区与堆区 
char* f1()
{
   char* p = NULL;
   char a;
   p = &a;
   return p;
}
char* f2()
{
   char* p = NULL:
   p =(char*) new char[4];
   return p;
}

   这两个函数都是将某个存储空间的地址返回,二者有何区别呢?f1()函数虽然返回的是一个存储空间,但是此空间为临时空间。也就是说,此空间只有短暂的生命周期,它的生命周期在函数f1()调用结束时,也就失去了它的生命价值,即:此空间被释放掉。所以,当调用f1()函数时,如果程序中有下面的语句:  
char* p ;
p = f1();
*p = ‘a’;

   此时,编译并不会报告错误,但是在程序运行时,会发生异常错误。因为,你对不应该操作的内存(即,已经释放掉的存储空间)进行了操作。但是,相比之下,f2()函数不会有任何问题。因为,new这个命令是在堆中申请存储空间,一旦申请成功,除非你将其delete或者程序终结,这块内存将一直存在。也可以这样理解,堆内存是共享单元,能够被多个函数共同访问。如果你需要有多个数据返回却苦无办法,堆内存将是一个很好的选择。但是一定要避免下面的事情发生:  
void f()
{
   …
   char * p;
   p = (char*)new char[100];
   …
}

这个程序做了一件很无意义并且会带来很大危害的事情。因为,虽然申请了堆内存,p保存了堆内存的首地址。但是,此变量是临时变量,当函数调用结束时p变量消失。也就是说,再也没有变量存储这块堆内存的首地址,我们将永远无法再使用那块堆内存了。但是,这块堆内存却一直标识被你所使用(因为没有到程序结束,你也没有将其delete,所以这块堆内存一直被标识拥有者是当前您的程序),进而其他进程或程序无法使用。我们将这种不道德的流氓行为(我们不用,却也不让别人使用)称为内存泄漏。这是我们C++程序员的大忌!!请大家一定要避免这件事情的发生。
   
总之,对于堆区、栈区和静态存储区它们之间最大的不同在于,栈的生命周期很短暂。但是堆区和静态存储区的生命周期相当于与程序的生命同时存在(如果您不在程序运行中间将堆内存delete的话),我们将这种变量或数据成为全局变量或数据。但是,对于堆区的内存空间使用更加灵活,因为它允许你在不需要它的时候,随时将它释放掉,而静态存储区将一直存在于程序的整个生命周期中。 

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