第八十五天学习记录：C++核心：内存分区模型

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
1、代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理
2、全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
3、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
4、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

内存四区的意义：

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
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

#include <iostream>
using namespace std;//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;int main()
{//创建普通局部变量int a = 10;int b = 10;cout << "局部变量a的地址为：" << &a << endl;cout << "局部变量b的地址为：" << &b << endl;cout << "全局变量a的地址为：" << &g_a << endl;cout << "全局变量b的地址为：" << &g_b << endl;return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;//const修饰的全局变量，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：" << &a << endl;cout << "局部变量b的地址为：" << &b << endl;cout << "全局变量a的地址为：" << &g_a << endl;cout << "全局变量b的地址为：" << &g_b << endl;//静态变量 在静态变量前面加static，属于静态变量static int s_a = 10;static int s_b = 10;cout << "静态变量a的地址为：" << &s_a << endl;cout << "静态变量b的地址为：" << &s_b << endl;//常量//字符串常量cout << "字符串常量的地址为：" << &"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a的地址为：" << &c_g_a << endl;cout << "全局常量a的地址为：" << &c_g_b << endl;const int c_l_a = 10;const int c_l_b = 10;cout << "局部常量a的地址为：" << &c_l_a << endl;cout << "局部常量a的地址为：" << &c_l_b << endl;return 0;
}

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。
反面案例：

#include <iostream>
using namespace std;int * func()
{int a = 10;return &a;
}int main()
{int* p = func();cout << *p << endl;//第一次可以打印正确的数字是因为编译器做了保留cout << *p << endl;//第二次这个数据就不再保留的return 0;
}

堆区

在C++中主要利用new在堆区开辟内存

#include <iostream>
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()
{int* p = func();cout << *p << endl;cout << *p << endl;delete p;p = nullptr;return 0;
}

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

问：C语言中free指针后，指针地址不会变，c++中delete指针后，指针的地址也会改变？
答：在C语言中，调用函数free会释放指针指向的内存，并将内存返回给系统，但指针本身的值不会受到影响，仍然指向之前分配的内存地址。这是因为C语言中的指针只是一个整数变量，它存储的是地址（整数），而不是实际的对象。
而在C++中，delete运算符执行的操作与free函数类似，它会释放指针所指向的内存并将其返回给系统。不同的是，delete还会调用被删除对象的析构函数。此外，当使用delete删除堆上分配的内存后，指向该内存的指针将变为无效指针，指向的内存已经被释放，所以在C++中，删除指针后，指针的值会变成无定义的。不过，可以使用nullptr或0来表示空指针。

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。

#include <iostream>
using namespace std;//1、new的基本语法
int * func()
{//在堆区创建整型数据//new返回是该数据类型的指针int* p = new int(10);return p;
}void test01()
{int * p = func();cout << *p << endl;//堆区的数据由程序员管理开辟，程序员管理释放//如果想释放堆区的数据，利用关键字deletedelete p;//cout << *p << endl;//内存已经被释放，再次访问就是非法操作，会报错
}//2、在堆区利用new开辟数组
void test02()
{//创建10个整型数据的数组在堆区int * arr = new int[10];//10代表数组有10个元素for (int i = 0; i < 10; i++){arr[i] = i + 100;}for (int i = 0; i < 10; i++){cout << *(arr + i) << endl;}//释放堆区数组//释放数组的时候 要加[]才可以delete[] arr;
}int main()
{test01();test02();return 0;
}

补充：
问：new int[10]后，delete[]为什么可以不在[]加10？
答：
在使用 new 运算符为动态分配内存时，会在堆上额外分配一些元数据来跟踪分配的内存区域的大小。在释放内存时，delete[] 运算符会使用这些元数据来确定应该回收的内存数量，因此你不需要指定数组的大小。

这意味着，如果你使用 new int[10] 分配了一个包含 10 个元素的整数数组，那么在释放数组时，你只需要使用 delete[] 运算符，而不必指定数组大小。

如果你指定了错误的大小，那么会发生未定义的行为。有时候这种错误可能不会导致问题，但有时候会导致程序崩溃或数据损坏。如果你不确定应该使用哪个运算符，最好查阅相关文档或咨询更有经验的开发人员。

问：malloc,free和new,delete的区别。
malloc 和 free 是在 C 语言中使用的动态内存分配和释放函数，new 和 delete 是在 C++ 语言中使用的动态内存分配和释放运算符。它们之间的主要区别如下：

1. malloc 和 free 是函数，而 new 和 delete 是运算符。这意味着 new 和 delete 可以像其他运算符一样重载，而 malloc 和 free 不能。

2. new 和 delete 是 C++ 的内存管理方式，它们可以用于动态分配对象，而 malloc 和 free 只是简单地分配和释放内存，不能够调用对象的构造函数和析构函数。

3. new 和 delete 是类型安全的，它们知道要分配的内存大小，而 malloc 和 free 可以分配任意大小的内存块。

4. new 和 delete 可以跟踪对象的数量和大小，也可以自动调用构造函数和析构函数，而 malloc 和 free 不能跟踪对象的数量和大小，也不能自动调用构造函数和析构函数。

总之，new 和 delete 操作符是建议在 C++ 中使用的内存分配和释放方式，它们更加高效、类型安全，并且能够跟踪对象的数量和大小。而 malloc 和 free 虽然可以在 C++ 中使用，但还是更多的使用在 C 语言和一些使用标准库的编程语言中。