C++学习笔记10-程序的内存分区模型及new操作符

10.0 C++核心编程

学习C++面向对象编程技术, 探讨C++中的核心和精髓.

10.1 内存分区模型

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的。

• 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。

10.2 程序运行前

在程序编译后，生成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（代码转成的二进制指令）。
  　　　　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：
  　　　　全局变量和静态变量存放在此。
  　　　　全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量（const修饰的常量）也存放在此。
  　　　　该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

#include
using namespace std;

//创建全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 1;

//const 修饰的全局变量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 1;

int main()
{
	//全局区

	//全局变量、静态变量、常量
	
	//创建普通的局部变量 （创建在 main()以内的变量都是）
	int a = 10;
	int b = 1;
	cout << "局部变量a的地址为:" << (unsigned int) & a << endl;
	cout << "局部变量b的地址为:" << (unsigned int) & b << endl;

	cout << "全局变量g_a的地址为:" << (unsigned int) & g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b的地址为:" << (unsigned int) & g_b << endl;
	//可以发现全局变量和局部变量的地址差距很大，
	//因为内存把它们分放在不同的内存区域中(局部变量没有存放在全局区中)！


	//静态变量  局部变量加static
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 1;
	cout << "静态变量s_a的地址为:" << (unsigned int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址为:" << (unsigned int)&s_b << endl;
	//可以发现静态变量和全局变量的地址是挨着的，因为内存把它们都放在了全局区中！


	//常量
	//字符串常量
	cout <<"字符串常量的地址为：" << (unsigned int)&"hello world" << endl;
	//可以发现字符串常量和全局变量的地址没有紧挨着，但是也不远，因为内存把它也放在了全局区中！
	
	//const 修饰的变量
	//const 修饰的全局变量
	cout << "全局常量c_g_a的地址为：" << (unsigned int)&c_g_a << endl;
	cout << "全局常量c_g_b的地址为：" << (unsigned int)&c_g_b << endl;
	//可以发现全局常量和字符串常量紧挨着，也在全局区中。
	
	//const 修饰的局部变量
	const int c_a = 10;
	const int c_b = 1;
	cout << "局部常量c_a的地址为：" << (unsigned int)&c_a << endl;
	cout << "局部常量c_b的地址为：" << (unsigned int)&c_b << endl;
	//局部变量与局部常量紧挨着。
	system("pause");
	return 0;
}

结论: 局部变量、const修饰的局部变量（局部常量）不在全局区中； 全局变量、静态变量、static关键字、字符串常量、const修饰的全局变量（全局常量）都在全局区中。

10.3 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，因为栈区开辟的数据由编译器自动释放。

#include
using namespace std;

int* func()          //返回地址,所以使用 int* 的函数
{
	int a = 10;  //局部变量,存放在栈区,栈区的数据在函数执行完之后自动释放
	//vs2022的64位环境下如果只定义一个变量,stack就会在短时间内保存着这个变量而不删除.
	//所以写复杂点是确保stack更新了这个变量的地址
	int b = 20;
	int sum = a + b;  
	return &a;	//返回局部变量的地址
}

int main()
{
	int* p = func();    //这里接收到的地址没有被释放，但是这个地址中的数据被释放了，所以输出会是乱码。
	cout << *p << endl; //第一次可以打印正确,是因为编译器对数据做了一次保留
	cout << *p << endl; //第二个的时候,这个地址的数据已经被释放了,所以就会错.

	system("pause");
	return 0;
}

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。

#include
using namespace std;

int* fun()          //返回地址,所以使用 int* 的函数
{	
	//利用new关键字,可以将数据开辟到堆区
	// 	//这里只可以用指针类型来接收new的值，因为new会将数据储存在堆区中，但是只返回这个数据的地址，所以用指针接收
	//这里的指针 本质也是局部变量,是放在栈区的; 指针保存的数据(这个指针所指向地址的数据)是放在堆区的
	int* p = new int(10);
	return p;
}

int main()
{
	int* p = fun();  //这里接收到了指针p,也就是知道了前面定义的数据10的地址,而10这个数据被new到了堆区中,在用户删除主动删除它之前，它都不会被释放,就可以一直输出。
	cout << *p << endl; 
	cout << *p << endl; 
	cout << *p << endl; 

	system("pause");
	return 0;
}

10.4 new操作符

C++中利用new操作符在对区开辟数据。

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。

语法：

new 数据类型
delete 指针 //删除一个在储存在堆区的变量
delete[] 指针 //删除一个在储存在堆区的数组

利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针。

vs在delete指针后，会将指针指向0x00008123这个地址。
真正的标准编译器，delete之后的地址是不会变的，只是这块内存被回收了，虽然该指针仍旧指向这片区域，但是这个指针已经没有了访问这片区域的权限。所以可能需要手动将其置为NULL。否则会发生在析构函数中delete两次的情况。另外delete NULL 是合法的，会什么也不做。
参考：VS2013中delete后的0x00008123地址

#include
using namespace std;
//1、new的基本语法
int* f()
{
	// 在堆区创建整形数据
	//new返回的是 该数据类型的指针
	int* p = new int(10);
	return p;
}
//2、在堆区利用new开辟数组
void test02()
{
	int* arr = new int[10]; //10代表数组中有10个元素

	for (int i = 0; i < 10; i++)
		arr[i] = i + 100;

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	delete[] arr;
}

int main()
{
	int* p = f();  //这里接收到了指针p,也就是知道了前面定义的数据10的地址,而10这个数据被new到了堆区中,在用户删除主动删除它之前，它都不会被释放,就可以一直输出。
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;  //数据不会被释放
	cout <<"最开始的指向："<< p << endl;
	delete p;  //释放p所指向地址中的数据内存。
	cout << "delete后的指向：" << p << endl;

	//cout << *p << endl;  //输出是空白，因为被释放了

	int c = 1;
	p = &c;
	cout << "指向新的变量后：" << p <<"\n"<< endl;
	cout << *p << endl;  


	test02();


	system("pause");
	return 0;
}