12.内存分配堆和栈

目录介绍

  • 12.1 内存分区模型
    • 12.1.1 什么是动态内存
    • 12.1.2 内存4个区域
    • 12.1.3 代码区
    • 12.1.4 全局区
    • 12.1.5 栈（Stack）区
    • 12.1.6 堆（Heap）区
  • 12.4 new操作符
    • 12.4.1 基本语法
    • 12.4.2 开辟数组
    • 12.4.3 开辟对象
  • 12.5 delete操作符
    • 12.5.1 释放内存
  • 12.9 数据拷贝
    • 12.9.1 深拷贝
    • 12.9.2 浅拷贝

https://blog.csdn.net/kian9one/article/details/140361233

12.1 内存分区模型

12.1.1 什么是动态内存

了解动态内存在 C++ 中是如何工作的是成为一名合格的 C++ 程序员必不可少的。C++ 程序中的内存分为两个部分：

  1. 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
  2. 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。

很多时候，您无法提前预知需要多少内存来存储某个定义变量中的特定信息，所需内存的大小需要在运行时才能确定。

在 C++ 中，您可以使用特殊的运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，这会返回所分配的空间地址。这种运算符即 new 运算符。

如果您不再需要动态分配的内存空间，可以使用 delete 运算符，删除之前由 new 运算符分配的内存。

12.1.2 内存4个区域

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：存放全局变量和静态变量以及常量
  • 栈（Stack）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（Heap）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

12.1.1 代码区

12.1.2 全局区

12.1.3 栈区

12.1.4 堆区

12.2 程序运行状态

12.2.1 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

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

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：

//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;
}

打印结果：

////局部变量存放栈区
//局部变量a地址为： 0x16ee9f378
//局部变量b地址为： 0x16ee9f374

////全局变量和静态变量存放在全局区
//全局变量g_a地址为： 0x100f68000
//全局变量g_b地址为： 0x100f68004
//静态变量s_a地址为： 0x100f68008
//静态变量s_b地址为： 0x100f6800c

////常量区
//字符串常量地址为： 0x100f63e63
//字符串常量地址为： 0x100f63e6f
//全局常量c_g_a地址为： 0x100f63ef8
//全局常量c_g_b地址为： 0x100f63efc

////局部变量存放在栈区
//局部常量c_l_a地址为： 0x16ee9f370
//局部常量c_l_b地址为： 0x16ee9f36c

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

12.2.2 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：

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：

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

int main() {
    int *p = func();
    cout << *p << endl;
    cout << &p << endl;
    return 0;
}

//打印值
//10
//0x16d06b370

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

12.4 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

12.4.1 基本语法

示例1： 基本语法

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

void test1() {
    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
}
//10
//0x16d7f3398
//-594984928

//12.4 new操作符
int main() {
    test1();
    return 0;
}

使用new运算符创建了一个MyClass对象，并将其地址存储在obj指针中。然后，我们可以使用指针调用对象的成员函数。最后，使用delete运算符释放动态分配的内存。

12.4.2 开辟数组

示例：开辟数组

//堆区开辟数组
void test2() {
    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;
    }
    delete[] arr;
}

//12.4 new操作符
int main() {
    test2();
    return 0;
}

12.4.3 开辟对象

以下是一个示例代码，演示如何使用new运算符创建对象：

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        std::cout << "MyClass constructor called" << std::endl;
    }

    MyClass(int age, string name) {
        this->age = age;
        this->name = name;
        std::cout << "MyClass constructor " << this->age << " , " << this->name << std::endl;
    }

    ~MyClass() {
        std::cout << "MyClass destructor called" << std::endl;
    }

public:
    int age;
    string name;
};

void test1() {
    // 使用new运算符创建MyClass对象
    MyClass* obj = new MyClass();
    // 使用对象指针调用对象的成员函数
    // ...
    // 释放动态分配的内存
    delete obj;
}

void test2() {
    MyClass* obj = new MyClass(30,"yc");
    delete obj;
}

int main() {
//    test1();
    test2();
    return 0;
}

需要注意的是，使用new运算符创建的对象需要手动释放内存，否则会导致内存泄漏。使用delete运算符释放内存后，对象的析构函数会被调用。

12.9 数据拷贝

12.9.1 浅拷贝

浅拷贝：简单的赋值拷贝操作

12.9.2 深拷贝

深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

示例：

class Person {
public:
    int age;
    int * height;
public:
    Person() {
        cout << "无参构造函数!" << endl;
    }
    Person(int age , int height) {
        cout << "有参构造函数!" << endl;
        this->age = age;
        this->height = new int (height);
    }
    Person(Person& p) {
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
        this->age = p.age;
        this->height = new int(*p.height);
    }
    ~Person() {
        cout << "析构函数" << endl;
        if (this->height != NULL) {
            delete height;
        }
    }
};

int main() {
    Person p1(18,100);
    cout << "p1的年龄： " << p1.age << " 身高： " << *p1.height << endl;
    Person p2(p1);
    cout << "p2的年龄： " << p2.age << " 身高： " << *p2.height << endl;
    return 0;
}

总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

贡献者: yangchong211