第九章 程序的内存模型

9 内存分区模型

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
• 全局区：存放全局变量、静态变量和常量，程序执行结束后由操作系统释放
• 栈区：存放函数的参数值、局部变量等，由编译器自动分配释放
• 堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序执行结束时由操作系统回收

全局变量、局部变量、静态变量、常量的区别

• 全局变量：定义于函数体之外，在全局范围内起作用

• 局部变量：定义于函数体之内，在函数内部起作用

• 静态变量：普通变量（全局、局部）前加 static 后即为静态变量

• 常量：分为字符串常量和const修饰的变量两种

  • 字符串常量：使用 “ ” 括起来的均为字符串常量，可直接做取地址&操作，分为全局字符串常量和局部字符串常量，其中局部字符串常量存于栈区
  • const修饰的变量：分为const修饰的全局变量和const修饰的局部变量两种，其中const修饰的局部变量存于栈区

  int global_val;
  static int static_global_val;
  const int const_global_val = 1;
  string global_string = "helloworld";
  
  int main() {
  	int local_val;
  	static int static_local_val;
  	const int const_local_val = 1;
  	string local_string = "helloworld";
  
  	cout << "& global_val        = " << &global_val << endl;
  	cout << "& static_global_val = " << &static_global_val << endl;
  	cout << "& const_global_val  = " << &const_global_val << endl;
  	cout << "& static_local_val  = " << &static_local_val << endl;
  	cout << "& global_string     = " << &global_string << endl;
  	cout << "& local_val         = " << &local_val << endl;
  	cout << "& const_local_val   = " << &const_local_val << endl;
  	cout << "& local_string      = " << &local_string << endl;
  
  	system("pause");
  	return 0;
  }
  
  /***************** 输出结果 *****************/
  & global_val        = 00007FF7E72554C0	// 全局变量
  & static_global_val = 00007FF7E72554C4	// 静态全局变量
  & const_global_val  = 00007FF7E7250CC0	// const修饰的全局变量
  & static_local_val  = 00007FF7E72554F0	// 静态局部变量
  & global_string     = 00007FF7E72554C8	// 全局字符串常量
  & local_val         = 000000155FF0F924	// 局部变量
  & const_local_val   = 000000155FF0F944	// const修饰的局部变量
  & local_string      = 000000155FF0F968	// 局部字符串常量
  

  由以上实例可以看出：

  ​ 全局进全局区、局部进栈区、static都全局

  数据类型	存于全局区	存于栈区
  普通变量	全局变量	局部变量
  const修饰的变量	const修饰的全局变量	const修饰的局部变量
  字符串常量	全局字符串常量	局部字符串常量
  静态变量（static修饰的变量）	静态全局变量、静态局部变量	—

const 与 static 区别

1.const关键字：用于修饰变量，使该变量变为只读的常量，被const修饰的变量不能作为左值

2.static关键字：用于声明静态成员变量、静态成员函数、静态局部变量、静态全局变量：

9.1 程序运行前

​ 在程序编译后，生成了exe可执行程序，在未执行该程序前分为两个区域

​ 代码区：

​ 1.存放CPU执行的机器指令

​ 2.代码区的特性：共享、只读

​ 全局区：

​ 1.包含全局变量、静态变量、常量区、字符串常量、由const修饰的变量

​ 2.该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

9.2 程序运行后

​ 栈区：

​ 1.在32位系统（x86）中，不要返回局部变量的地址，因为“局部变量存放于栈区，栈区的数据在函数执行完后会自动释放”

int* return_add() {		// 一个返回局部变量地址的函数
	int a = 10;
	return &a;
}

int main() {			// 主函数调用上述函数，并打印两次该局部变量地址中的值
	int* p = return_add();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

/***************** 输出结果（32位系统） *****************/
 10
 1420929264
/***************** 输出结果（64位系统） *****************/
 10
 10

解释：32位系统会为局部变量自动保留一次值，所以第一次打印该地址中的值时显示正确；第二次被释放

​ 堆区：

​ 1.使用new关键字进行内存开辟，格式为：数据类型关键字 * 变量名 = new 数据类型关键字（初始值）。其中new 数据类型关键字（初始值）得到的是该堆区的首地址。

​ 2.使用delete关键字进行内存释放，格式为：delete 堆区地址指针

​ 3.创建和释放堆区数组：创建时的格式为：数据类型关键字 * 变量名 = new 数据类型关键字[元素个数]

​ 释放时的格式为：delete[] 堆区地址指针

#include<iostream>
using namespace std;

int* return_add() {			// 开辟一个堆区内存空间，数据类型为int，返回该堆区的首地址
	int* a = new int(10);
	return a;
}

int main() {
	int* p = return_add();	// 堆区内存开辟
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
    
    delete p				// 堆区内存释放
	cout << *p << endl;		// 此行代码会报错，因为释放掉堆区内存后，就不允许再次访问这部分“未被开辟的堆区空间”
    
	system("pause");
	return 0;
}

/***************** 输出结果（32位系统） *****************/
 10
 10 // 与之前的结果进行对比，可以看出本次32位系统由于将10保存在堆区，连续打印不会乱码

​