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:

cpp 复制代码
#include <iostream>
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。

cpp 复制代码
int * func()
{
    int a = 10;
    return &a;
}

int main() {

    int *p = func();

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

    return 0;
}

输出

cpp 复制代码
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

cpp 复制代码
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

cpp 复制代码
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。

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