【C++核心】C++内存分区模型分析

简介: 这篇文章详细解释了C++程序执行时内存的四个区域:代码区、全局区、栈区和堆区,以及如何在这些区域中分配和释放内存。

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

1. 程序运行前

​ 在程序编译后,生成了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,

1、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
2、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也存放在此。该区域的数据在程序结束后由操作系统释放.

示例:

#include<iostream>
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() {
   

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

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

    cout << "全局变量g_a地址为: " <<  &g_a << endl;
    cout << "全局变量g_b地址为: " <<  &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: " << &s_a << endl;
    cout << "静态变量s_b地址为: " << &s_b << endl;

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

    cout << "全局常量c_g_a地址为: " << &c_g_a << endl;
    cout << "全局常量c_g_b地址为: " << &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: " << &c_l_a << endl;
    cout << "局部常量c_l_b地址为: " << &c_l_b << endl;

    return 0;
}

执行结果为:

局部变量a地址为: 0x309764408
局部变量b地址为: 0x309764404
全局变量g_a地址为: 0x1029720c0
全局变量g_b地址为: 0x1029720c4
静态变量s_a地址为: 0x1029720c8
静态变量s_b地址为: 0x1029720cc
字符串常量地址为: 0x10296deb7
字符串常量地址为: 0x10296dec3
全局常量c_g_a地址为: 0x10296df4c
全局常量c_g_b地址为: 0x10296df50
局部常量c_l_a地址为: 0x309764400
局部常量c_l_b地址为: 0x3097643fc

总结:

  • C++中在程序运行前分为全局区和代码区
  • 代码区特点是共享和只读
  • 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
  • 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量

2. 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,栈区开辟的数据由编译器自动释放

示例:

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main() {
   

    int *p = func();

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

    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。

示例:

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main() {
   
    int *p = func();

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

    return 0;
}

总结:

  • 堆区数据由程序员管理开辟和释放
  • 堆区数据利用new关键字进行开辟内存

3. new操作符

C++中利用new操作符在堆区开辟数据,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

​ 利用new创建的数据,会返回该数据对应的类型的指针

案例1: 基本语法

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main() {
   
    int *p = func();

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

    //利用delete释放堆区数据
    delete p;

    //cout << *p << endl; //报错,释放的空间不可访问

    return 0;
}

案例2:开辟数组

#include<iostream>
using namespace std;

//堆区开辟数组
int main() {
   

    int* arr = new int[10];

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

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
   
        cout << arr[i] << endl;
    }
    //释放数组 delete 后加 []
    delete[] arr;

    return 0;
}
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