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C++基础篇(五)内存模型及详细示例

目录

  • 一、内存分区模型
  • 二、内存分区代码示例
  • 三、new 运算符详解

一、内存分区模型

C++程序在运行时,将内存分为四个区域,不同的区域赋予不同的生命周期,以提供强大的灵活编程。
代码区:存储程序的二进制代码,通常是只读的,以防止程序意外修改自身的指令,且是共享的,以减少内存消耗。
全局区:存储全局变量、静态变量和常量,包括已初始化和未初始化的数据。该区域中的数据在程序运行期间一直存在,结束后由操作系统回收。
堆区:由程序员手动分配释放内存。可以使用 new 运算符在堆区分配内存,使用 delete 运算符释放内存。堆区中的数据生命周期由程序员控制,若程序员不释放,则在程序结束时由操作系统回收。
栈区:由编译器自动分配和释放内存,用于存储局部变量函数调用时的参数,栈区中的数据生命周期与函数调用相关。

二、内存分区代码示例

#include <iostream>
using namespace std;// 全局变量,存储在全局区
int g_var = 10;// 静态变量,存储在全局区
static int s_var = 20;// 字符串常量,存储在全局区
const char *str = "Hello, world!";// 常量变量,存储在全局区
const int c_var = 30;// 函数,存储在代码区
void func() {// 局部变量,存储在栈区int a = 10;// 动态分配内存,存储在堆区int *p = new int;*p = 20;cout << "a: " << a << endl;cout << "*p: " << *p << endl;// 释放动态分配的内存delete p;
}int main() {// 调用函数func();return 0;
}

在上面的代码中,当程序开始运行时,操作系统会为程序分配内存空间。其中,代码区用于存储程序的二进制代码;全局区用于存储全局变量、静态变量和常量;堆区和栈区初始为空。

当程序进入 main 函数时,栈区会分配一些空间用于存储函数调用时的参数和返回地址。然后,程序调用 func 函数,在栈区再次分配一些空间用于存储函数调用时的参数和返回地址。

在 func 函数中,定义了一个局部变量 a,它会被分配到栈区中。同时,使用 new 运算符动态分配了一块内存,并使用指针 p 指向它,这块内存会被分配到堆区中。最后,在函数结束前使用 delete 运算符释放了动态分配的内存。
func 函数执行完毕后,栈区中为该函数分配的空间会被自动释放。然后,程序返回到 main 函数,并继续执行。当 main 函数执行完毕后,栈区中为该函数分配的空间也会被自动释放。最后,程序结束运行,操作系统会回收为程序分配的所有内存空间。

三、new 运算符详解

new 运算符是 C++ 中用于在堆区动态分配内存的运算符。它可以用来为单个变量或数组分配内存,返回指向分配内存的指针。例如:

int *p = new int; // 在堆区分配一个 int 类型的内存
int *arr = new int[10]; // 在堆区分配一个长度为 10 的 int 类型数组

使用 new 运算符分配的内存需要使用 delete 运算符进行释放,否则会容易造成内存泄漏。例如:

delete p; // 释放 p 指向的内存
delete[] arr; // 释放 arr 指向的数组内存

new 运算符还可以与构造函数一起使用,用来初始化动态分配的对象。例如:

class MyClass {
public://value(x) 是构造函数的初始化列表中的一条语句,它用于初始化类的成员变量 value。MyClass(int x) : value(x) {}int value;
};MyClass *p = new MyClass(10); // 在堆区分配一个 MyClass 对象,并调用构造函数进行初始化
cout << p->value << endl; // 输出 10
delete p; // 释放 p 指向的内存

此外,new 运算符还支持定位 new,允许在指定的内存地址上构造对象。例如:

char buffer[100];
MyClass *p = new (buffer) MyClass(10); // 在 buffer 的地址上构造一个 MyClass 对象
cout << p->value << endl; // 输出 10
p->~MyClass(); // 调用析构函数销毁对象

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