C++基础篇（五）内存模型及详细示例

一、内存分区模型

C++程序在运行时，将内存分为四个区域，不同的区域赋予不同的生命周期，以提供强大的灵活编程。
代码区：存储程序的二进制代码，通常是只读的，以防止程序意外修改自身的指令，且是共享的，以减少内存消耗。
全局区：存储全局变量、静态变量和常量，包括已初始化和未初始化的数据。该区域中的数据在程序运行期间一直存在，结束后由操作系统回收。
堆区：由程序员手动分配和释放内存。可以使用 new 运算符在堆区分配内存，使用 delete 运算符释放内存。堆区中的数据生命周期由程序员控制，若程序员不释放，则在程序结束时由操作系统回收。
栈区：由编译器自动分配和释放内存，用于存储局部变量和函数调用时的参数，栈区中的数据生命周期与函数调用相关。

二、内存分区代码示例

#include 
using namespace std;

// 全局变量，存储在全局区
int g_var = 10;

// 静态变量，存储在全局区
static int s_var = 20;

// 字符串常量，存储在全局区
const char *str = "Hello, world!";

// 常量变量，存储在全局区
const int c_var = 30;

// 函数，存储在代码区
void func() {
    // 局部变量，存储在栈区
    int a = 10;
    // 动态分配内存，存储在堆区
    int *p = new int;
    *p = 20;
    cout << "a: " << a << endl;
    cout << "*p: " << *p << endl;
    // 释放动态分配的内存
    delete p;
}

int main() {
    // 调用函数
    func();

    return 0;
}

在上面的代码中，当程序开始运行时，操作系统会为程序分配内存空间。其中，代码区用于存储程序的二进制代码；全局区用于存储全局变量、静态变量和常量；堆区和栈区初始为空。

当程序进入 main 函数时，栈区会分配一些空间用于存储函数调用时的参数和返回地址。然后，程序调用 func 函数，在栈区再次分配一些空间用于存储函数调用时的参数和返回地址。

在 func 函数中，定义了一个局部变量 a，它会被分配到栈区中。同时，使用 new 运算符动态分配了一块内存，并使用指针 p 指向它，这块内存会被分配到堆区中。最后，在函数结束前使用 delete 运算符释放了动态分配的内存。
func 函数执行完毕后，栈区中为该函数分配的空间会被自动释放。然后，程序返回到 main 函数，并继续执行。当 main 函数执行完毕后，栈区中为该函数分配的空间也会被自动释放。最后，程序结束运行，操作系统会回收为程序分配的所有内存空间。

三、new 运算符详解

new 运算符是 C++ 中用于在堆区动态分配内存的运算符。它可以用来为单个变量或数组分配内存，返回指向分配内存的指针。例如：

int *p = new int; // 在堆区分配一个 int 类型的内存
int *arr = new int[10]; // 在堆区分配一个长度为 10 的 int 类型数组

使用 new 运算符分配的内存需要使用 delete 运算符进行释放，否则会容易造成内存泄漏。例如：

delete p; // 释放 p 指向的内存
delete[] arr; // 释放 arr 指向的数组内存

new 运算符还可以与构造函数一起使用，用来初始化动态分配的对象。例如：

class MyClass {
public:
 //value(x) 是构造函数的初始化列表中的一条语句，它用于初始化类的成员变量 value。
    MyClass(int x) : value(x) {}
    int value;
};

MyClass *p = new MyClass(10); // 在堆区分配一个 MyClass 对象，并调用构造函数进行初始化
cout << p->value << endl; // 输出 10
delete p; // 释放 p 指向的内存

此外，new 运算符还支持定位 new，允许在指定的内存地址上构造对象。例如：

char buffer[100];
MyClass *p = new (buffer) MyClass(10); // 在 buffer 的地址上构造一个 MyClass 对象
cout << p->value << endl; // 输出 10
p->~MyClass(); // 调用析构函数销毁对象