C++核心编程（一）—— 内存分区模型

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1. 内存分区模型概述

  C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域：

• 代码区： 存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理；
• 全局区： 存放全局变量和静态变量以及常量；
• 栈区： 由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值、局部变量等；
• 堆区： 由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收。

  内存四区的意义： 不同区域存放的数据赋予不同的生命周期, 给我们更大的灵活编程。

2. 程序运行前

  在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域：

• 代码区：
    存放 CPU 执行的机器指令；
    代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可；
    代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。
• 全局区：
    存放全局变量和静态变量；
    全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量也存放在此；
    该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

  实例如下所示。

#include
using namespace std;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//const修饰的全局变量，为全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main()
{
	//全局区
	//全局变量、静态变量、常量

	//创建普通局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;
	cout << "局部变量a的地址为：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址为：" << (int)&b << endl;

	cout << "全局变量g_a的地址为：" << (int)&g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b的地址为：" << (int)&g_b << endl;

	//静态变量：在普通变量前加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态变量s_a的地址为：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址为：" << (int)&s_b << endl;

	//常量
	//字符串常量
	cout << "字符串常量Hello World的地址为：" << (int)&"Hello World" << endl;

	//const修饰的变量：1.const修饰的全局变量；2.const修饰的局部变量。
	cout << "全局常量c_g_a的地址为：" << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "全局常量c_g_b的地址为：" << (int)&c_g_b << endl;
	//const修饰的局部变量，为局部常量
	int c_l_a = 10;
	int c_l_b = 10;
	cout << "局部常量c_l_a的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "局部常量c_l_b的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

局部变量a的地址为：5242092
局部变量b的地址为：5242080
全局变量g_a的地址为：9814068
全局变量g_b的地址为：9814072
静态变量s_a的地址为：9814076
静态变量s_b的地址为：9814080
字符串常量Hello World的地址为：9804828
全局常量c_g_a的地址为：9805548
全局常量c_g_b的地址为：9805552
局部常量c_l_a的地址为：5242068
局部常量c_l_b的地址为：5242056

  总结： 1. C++中在程序运行前分为全局区和代码区；
      2. 代码区的特点是共享和只读；
      3. 全局区中存放全局变量、静态变量、常量；
      4. 常量区中存放const修饰的全局常量和字符串常量。

3. 程序运行后

• 栈区：
    由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量等；
    注意事项：不要返回局部变量的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放。

  实例如下所示。

#include
using namespace std;

//栈区数据注意事项：不要返回局部变量的地址
//栈区的数据由编译器管理开辟和释放

int* func(int b)  //形参数据也会放在栈区
{
	b = 100;
	int a = 10;  //局部变量存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
	return &a;  //返回局部变量的地址
}

int main()
{
	int * p = func(1);  //接受func()函数的返回值
	cout << *p << endl;  //第一次可以打印正确的数字，是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl;  //第二次这个数据就不再保留了

	system("pause");

	return 0;
}

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• ​ 堆区：
    由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收；
    在C++中主要利用new在堆区开辟内存。

  实例如下所示。

#include
using namespace std;

int * func()
{
	//利用new关键字，可以将数据开辟到堆区
	int * p = new int(10);  //指针本质也是局部变量，放在栈区，指针保存的数据放在堆区
	return p;
}
int main()
{
	//在堆区开辟数据
	int * p = func();

	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

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  总结： 1. 堆区数据由程序员管理开辟和释放；
      2. 堆区数据利用new关键字进行开辟内存。

4. new操作符

  C++中利用new操作符在堆区开辟数据。堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符delete。

  ​new操作符的语法：new 数据类型

  利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针。

  实例如下所示。

#include
using namespace std;

//1. new的基本语法
int * func()
{
	//在堆区创建整型数据
	//new返回的是该数据类型的指针
	int * p = new int(10);
	return p;
}

void test01()
{
	int * p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;  
	//堆区的数据由程序员管理释放，如果想释放堆区的数据，利用关键字delete
	delete p;
	//cout << *p << endl;  //内存已经被释放，再次访问就是非法操作，会报错
}

//2. 在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
	//创建10整型数据的数组，在堆区
	int * arr = new int[10];  //10代表数组由10个元素
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;  //给10个元素赋值100~109
	}
	for (int i = 0; i < 9; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	//释放堆区数组的时候，要加[]才可以
	delete[] arr;
}

int main()
{
	
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

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5. 总结