C++程序的内存模型

C++的个人学习之路！认识内存模型，才能更好的理解cpp面向对象的实现

内存区分模型

c++的内存可以划分为四个大区域

• 代码区：写的所有代码转换成二进制后（如函数）都会放在此处。由操作系统进行管理。
• 全局区：全局变量和静态变量以及常量
• 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（由编译器来管理它们的生存和死亡）
• 堆区：由程序员分配和释放，如果程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

意义：不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，提高编程的灵活性。

程序运行前

程序编译后，生成了可执行程序，该程序为运行前分为两个区域（这两个区域运行前就已经被系统划分存在了，所以在任何时刻区域的数据被读到）：

代码区

在代码区中：

• 存放CPU执行的机器指令（二进制的0101010......）
• 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，使其只读是防止程序意外地修改了它的指令

全局区

全局区放了有全局变量和静态变量

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>
#include <string>
using namespace std;

int global_a = 1;
int const_global_a = 1;

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 = 1;
	int b = 2;
	cout << "局部变量a的地址：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址：" << (int)&b << endl;

	cout << "全局变量global_a的地址：" << (int)&global_a << endl;
	//明显看到全局与静态的地址不在一个数据段内，即不再一个区内

	//静态变量 
	static int s_a = 1;
	static int s_b = 2;
	cout << "全局变量s_a的地址：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "全局变量s_b的地址：" << (int)&s_b << endl;
	//跟全局变量在一个数据段内，说明是一个区域

	//常量:分为字符串常量和const修饰的变量
	//字符串常量
	cout << "字符串常量的地址：" << (int)&"hello deehuang" << endl;
	// 跟全局变量在一个数据段内，说明是一个区域
	
	//const修饰的变量分为：const修饰的全局和局部变量
	//const修饰的全局变量
	cout << "const修饰的全局常量const_global_a的地址：" << (int)&const_global_a << endl;

	//const修饰的局部变量
	int const_local_a = 1;
	cout << "const修饰的局部常量const_local_a的地址：" << (int)&const_local_a << endl;
	//看到数据段和前面常量、全局、静态不在一个数据段，而是和局部变量在一块，说明它不是在全局区
	system("pause");
	return 0;
}

认识了代码区和全局区后通过下图可以笼统地看下程序的内存模型：

总结：

• c++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修饰的全局变量和字符串常量

程序运行后

栈区

由编译器自动分配释放（数据又编译器管理开辟和释放），存放函数的参数值，局部变量等

ps：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

很简单理解，在函数执行完后，编译器会自动释放掉该函数存放在栈中的数据，此时如果返回局部变量的地址到外面，则这个地址指向的内存空间的数据是被释放掉的，得到的数据就可能变得千奇百怪。

我们可以试着执行下面的代码

#include <iostream>
using namespace std;
//栈区的数据注意事项：不要返回局部变量的地址

int* func() //形参数据也会放在栈中
{
	int c = 10;//局部变量	存放在栈区
	return &c;//返回局部变量的地址
}
int main()
{
	int * p = func();
	cout << *p << endl;//第一次可以正确的数字
	cout << *p << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

执行的结果如下图所示

为什么第一次打印的是正确的数字，第二次缺不是呢?这是由于编译器给我们做了一次保留！第二次就不会再保留了，所以上述说“可能”变得千奇百怪。

堆区

与栈区一样，堆区是由程序运行之后，系统又划分的一个区域

与其不同的是，该区的特点是由程序员进行内存的分配和释放，若不释放，程序结束时由系统回收，C++中主要利用new关键字在堆区开辟内存。利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型指针

手动释放利用关键字delete。

#include <iostream>
using namespace std;

int * func()
{
	//利用new关键字 将数据开辟到堆区
	//指针本质上也是变量，放在栈上，指针保存的数据放在堆区
	//new返回的是该类型的指针
	int * p = new int(10);
	return p;
}

int main()
{
	//在堆区开辟数据
	int *p = func();
	cout << *p << endl;//10
	cout << *p << endl;//10
	//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delete
	delete p;

	cout << *p << endl;//内存以释放，再次访问就是非法操作，会报错
	system("pause");
	return 0;
}