C/C++ 内存四区总结
0.简单概述
C/C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域（内存四区）来存放所有数据。
程序运行前产生
程序运行后产生
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。
按是否在全局区来划分变量和常量：
虚拟地址空间（操作系统的视角）
虚拟地址空间被分配给进程，用于存储程序代码、数据和堆栈等。
小总结：
(1).全局区存放哪些数据？
全局变量、静态变量、常量（字符串常量，const修饰的全局常量或变量）
(2).不在全局区中的有哪些？
局部变量（栈区），const修饰的局部常量或变量
(3).区分const修饰的局部常量或变量：
const 修饰的局部常量或变量在声明时必须初始化，并且一旦初始化后，就不能再改变它们的值。
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| 修饰常量：
const int MAX_VALUE = 100;
修饰指针变量：
const int* ptr = &x;
int* const ptr2 = &y;
const int* const ptr3 = &z;
int main()
{
int x = 5;
const int* ptr = &x;
int y = 15;
int* const ptr2 = &y;
*ptr2 = 20;
const int z = 25;
const int* const ptr3 = &z;
}
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1.程序运行前
在C++程序编译后，Windows环境下生成了.exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域：代码区和全局区。
程序运行前总结：
- 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
01.代码区
特点：只读、共享
存放 CPU 执行的机器指令（即二进制0101）
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；
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可。
02.全局区
全局变量和静态变量，还包含常量区, 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。
代码示例：
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| #include<iostream>
using namespace std;
int g_a = 10;
int g_b = 20;
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 20;
int main()
{
cout << "在全局区中" << endl;
cout << "全局变量g_a的地址为：" << (int) &g_a << endl;
cout << "全局变量g_b的地址为：" << (int) &g_b << endl;
static int s_a = 10;
static int s_b = 10;
cout << "静态变量s_a的地址：" << (int) &s_a << endl;
cout << "静态变量s_b的地址：" << (int) &s_b << endl;
cout << "字符串常量的地址：" << (int)&"hhhhh" << endl;
cout << "const修饰的全局常量c_g_a的地址为：" << (int) &c_g_a << endl;
cout << "const修饰的全局常量c_g_b的地址为：" << (int) &c_g_b << endl;
cout << "------------------------------------------------" << endl;
cout << "不在全局区中" << endl;
int a = 10;
int b = 20;
cout << "局部变量a的地址为：" << (int)&a << endl;
cout << "局部变量b的地址为：" << (int)&b << endl;
const int c_l_a = 10;
const int c_l_b = 110;
cout << "const修饰的局部常量c_l_a的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
cout << "const修饰的局部常量c_l_b的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;
return 0;
}
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运行结果：
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| 在全局区中
全局变量g_a的地址为：653516800
全局变量g_b的地址为：653516804
静态变量s_a的地址：653516808
静态变量s_b的地址：653516812
字符串常量的地址：653504136
const修饰的全局常量c_g_a的地址为：653503408
const修饰的全局常量c_g_b的地址为：653503412
------------------------------------------------
不在全局区中
局部变量a的地址为：1060109108
局部变量b的地址为：1060109140
const修饰的局部常量c_l_a的地址为：1060109172
const修饰的局部常量c_l_b的地址为：1060109204
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2.程序运行后
程序运行后分为栈区和堆区。
01.栈区
由编译器管理开辟和释放, 存放局部变量、函数的形参等。
注意事项：不要返回局部变量的地址或引用
(1).返回局部变量的地址，warning: address of local variable ‘a’ returned
当一个函数返回指向栈内存的地址时，栈上的局部变量会被释放，这意味着返回的地址将指向一个已经不再有效的内存区域。
在后续使用该地址时，相当于访问已经释放的内存，可能会导致程序崩溃或产生不可预测的行为。
(2).返回局部变量的引用，warning: reference to local variable ‘a’ returned
当函数执行完毕后，局部变量 a 将被销毁，这意味着返回的引用将成为悬挂引用 (dangling reference)。这个操作比较危险，会导致数据不可控。
悬挂引用是指指向已经被销毁的内存的引用。
当调用者试图使用这个引用时，会访问一个无效的内存位置，导致未定义的行为，很可能会导致程序崩溃或产生不可预测的结果。
(3).解决方案：
如果函数需要返回一个局部变量的值，可以通过值传递的方式返回，
或者返回一个动态分配的内存对象，可以使用智能指针（如 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr）来管理动态内存的释放。
代码示例：
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| #include <iostream>
using namespace std;
int* func(int b) {
b = 20;
int a = 10;
return &a;
}
int& func1() {
int a = 10;
return a;
}
int main()
{
int* p = func(1);
cout << *p << endl;
cout << *p << endl;
cout << "-------------" << endl;
int& q = func1();
cout << q << endl;
return 0;
}
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修改后的函数如下,
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int func(int b) {
b = 20;
int a = 10;
return a;
}
#include <memory>
std::unique_ptr<int> func(int b) {
b = 20;
std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10);
return ptr;
}
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02.堆区
在C++中主要利用new关键字，在堆区开辟内存；
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**；若程序员不释放, 程序结束时则由操作系统回收。
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。
小总结：
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
指针是放在栈区（局部变量），指针存放的数据在堆区。
代码示例：
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| #include <iostream>
using namespace std;
int* func() {
int* p = new int(100);
return p;
}
void test1() {
int* x = func();
cout << *x << endl;
cout << *x << endl;
delete x;
}
void test2() {
int* arr = new int[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = i + 100;
cout << arr[i] << endl;
}
delete[] arr;
}
int main()
{
test2();
return 0;
}
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参考资料
【视频 黑马程序员 C++教程 p84开始】
