C++ 面向对象程序设计--内存分区详解

一、分区的意义

在讲分区前,先谈谈内存分区的意义,也就是为什么程序要进行分区?

笔者认为这是为了编程的灵活性,因为将内存分区后,不同区域的内存,相关的数据就有的不同的生命周期。以笔者之前的一篇算法复杂度的blog中提到栈帧空间为例,在此就是指栈区,而栈区多指非main函数调用的内存(相关参数等),当非main函数调用结束后,这块的内存就会清空释放。而这里的数据就可以和在main函数中的数据有不同的生命周期。

二、代码区
1、定义

存放函数体内的二进制代码,由操作系统进行管理

注意:代码区是在程序运行前的内存区域,除了代码区,运行前还有全局区。代码区存放的二进制代码其实就是编译器(cpu)执行的指令。

2、特点

1)代码区是共享的,之所以共享是因为对于被频繁执行的程序,只需要在内存中存放一份代码即可。避免内存过多的浪费。

2)代码区是只读的,原因是防止程序意外地修改了它的指令。

三、全局区

前面提到全局区,也在程序执行前。

1、定义

存放全局变量和静态变量以及常量

2、特点

该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

3、相关代码

1)全局变量

#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

// 全局变量
int g_a = 10;
int 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
		<< "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;


	system("pause");

	return 0;
}

程序执行结果:

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从结果看,局部变量和全局变量存放的地址显然有很大的不同,而从a和b以及g_a和g_b的地址来看,全局变量和局部变量相邻的变量的内存地址是相近,从结果看是差了4,这是因为单位int占4个字节。

2)静态变量

// 静态变量	 在普通变量前面加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;

将上述代码加入到前面的main函数中,运行得到如下结果

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3)常量(不包含局部常量即const修饰的局部变量)

#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

// 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()
{
	// 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
		<< "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	 在普通变量前面加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 << "字符串常量的地址为: " << (int)&"hello world" << endl;

	//const修饰的变量
	// const修饰的全局变量、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;

	// 局部常量
	const int c_l_a = 10;
	const 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;
}

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四、栈区——程序运行后
1、定义

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 :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。

2、相关代码
#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

// 栈区注意事项——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()
{
	// 接收func函数的返回值
	int* p = func(1);

	cout << *p << endl;	// 第一次可以打印正确数字,是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl;	// 第二次就不保留了


	system("pause");

	return 0;
}

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五、堆区——运行后
1、定义

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

c++中主要利用new在堆区开辟内存

2、相关代码和运行结果
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

int* func()
{
	// 利用new关键字 可以将数据开辟到堆区
	// 指针 本质也是局部变量,放在栈上,指针保存的数据是放在堆区
	int* p = new int(10);
	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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