C++基础——内存分区模型

1 概述

C++程序在执行是，将内存大致分为4个区域：

• 代码区：用于存放二进制代码，由操作系统进行管理
• 全局区：存放全局变量和静态变量及常量
• 栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数、局部变量等
• 堆区：程序员分配，如果程序员不释放，程序结束后由操作系统回收

内存分区的意义是不同区域存放不同的数据，给数据赋予不同的生命周期，加大数据处理的灵活度。

2 程序运行前

程序编译后，生成可执行文件，在程序执行前，可以分为两个区域：
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执行的程序，只需要一份代码即可
代码区是只读的，只读可以防止修改程序意外修改了指令导致程序出错
全局区：
全局变量和静态变量存放在全局区
全局区还包含了常量区，字符串常量和其他字面常量都存放于此
该区域内存由程序结束后操作系统释放

代码示例：

#include 
using namespace std;

typedef long long ll;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {

    //局部变量
    int a = 10;
    int b = 10;

    //打印地址
    cout << "局部变量a地址为： " << (ll)&a << endl;
    cout << "局部变量b地址为： " << (ll)&b << endl;

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

    //静态变量
    static int s_a = 10;
    static int s_b = 10;

    cout << "静态变量s_a地址为： " << (ll)&s_a << endl;
    cout << "静态变量s_b地址为： " << (ll)&s_b << endl;

    cout << "字符串常量地址为： " << (ll)&"hello world" << endl;
    cout << "字符串常量地址为： " << (ll)&"hello world1" << endl;

    cout << "全局常量c_g_a地址为： " << (ll)&c_g_a << endl;
    cout << "全局常量c_g_b地址为： " << (ll)&c_g_b << endl;

    const int c_l_a = 10;
    const int c_l_b = 10;
    cout << "局部常量c_l_a地址为： " << (ll)&c_l_a << endl;
    cout << "局部常量c_l_b地址为： " << (ll)&c_l_b << endl;

    return 0;
}

局部变量和局部常量都存储到栈区，超出作用域之后回收。全局变量和静态变量存储在全局区，常量也是存放在全局区，都是程序结束后操作系统释放。
常量区存放const修饰的全局常量和字符串常量。

3 程序运行后

程序运行后主要可分为栈区和堆区。
栈区：
栈区由编译器自动分配，通常用于存放局部变量和函数参数。
不要返回局部变量的地址，因为局部变量在栈区开辟，函数返回后局部变量会自动回收。

int * func()
{
    int a = 10;
    return &a;
}

int main() {

    int *p = func();

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

    return 0;
}

输出

Process finished with exit code -1073741819 (0xC0000005)

由于返回的是局部变量的地址，函数返回后，局部变量内存被回收，此时使用指针访问该内存出现错误，访问了非法内存。

堆区：
由程序员分配并主动释放，如果分配后没有释放会导致该内存无法重新使用，得程序结束后才会释放。
堆区内存通过new分配，通过delete回收

int* func()
{
    int* a = new int(10);
    return a;
}

int main() {

    int *p = func();

    cout << *p << endl;

	delete p;
    return 0;
}

使用new分配，使用delete回收。

4 new操作符

new操作符用于在堆中分配内存，返回分配了内存的地址，可以使用指针接收

int* num = new int(10);
delete num;

int* arr = new int[10];
delete[] arr;

Person* person = new Person();
delete person;

可以动态分配基本数据类型数据、数据类型数据、对象等。