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  • C/C++内存存储

          C/C++内存存储问题是笔试中必须掌握的。先看下面的程序:

    复制代码
    #include <stdio.h> #include "string.h" #include "malloc.h"
    void Swap(int a,int b) { int temp; temp=a; a=b; b=temp; }
    int Get_Int(int a) { int i=1+a; return i; }
    char* Get_Memory0() { char* p=(char*)malloc(sizeof(char)* 20); strcpy(p,"hello world"); return p; }
    char* Get_Memory1() { char* p="hello world"; return p; }
    char* Get_Memory2() { char p[]="hello world"; return p; }
    void main() { int x=4,y=3; Swap(x,y); int z=x-y; printf("z=%d\n",z);
    z=Get_Int(z); printf("z=%d\n",z);
    char* c0=Get_Memory0(); printf("c0=%s\n",c0);
    const char* c1=Get_Memory1(); printf("c1=%s\n",c1);
    char* const c2=Get_Memory2(); printf("c2=%s\n",c2); }
    复制代码

    基础知识

    内存存储:

    在C/C++中,通常可以把内存理解成4个分区:栈、堆、全局/静态存储区和常量存储区。

    (1)栈:通常是用那些在编译期间就能确定其存储大小的变量的存储区,用于在函数作用域内创建、在离开作用域后自动销毁的变量的存储区。通常是局部变量、函数参数等的存储区。它的存储空间是连续的,两个紧挨着的定义的局部变量,它们的存储空间是紧挨着的。栈的大小是有限的,通常Visual C++编译器默认栈的大小是1M,所以不要定义int a[1000000]这样的超大数组。

    (2)堆:通常是用于那些在编译期间不能确定存储大小的变量存储区,它的存储空间是不连续的,一般同malloc(或new)函数来分配内存块,并且需要要free(或delete)释放内存。如果程序员没有释放掉,那么就会出现常说的内存泄漏问题。需要注意的是,两个紧挨定义的指针变量,所指向的malloc出来的内存并不一定是紧挨着的。另外需要注意的一点是,堆的大小几乎是不受限制的,理论上每个程序最大可达4GB。

    (3)全局/静态存储区:和“栈”一样,通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的变量的存储区,但它用于的是在整个程序运行期间都可见的全局变量和静态变量。

    (4)常量存储区:和“全局/静态存储区”一样,通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的常量存储区,并且在程序运行期间,存储区内的常量也是全局可见的。这是一块比较特殊的存储区,它们里面放的是常量,不允许被修改。

    程序解答:

    (1)Swap函数:我们知道,所有函数都会在运行时从程序“栈”上得到分配给它的一块存储区(这里的“栈”就是前两面讲解内存存储时提到的“栈”,第个运行程序都拥有自己的运行时“栈”)。这块“栈”上的函数存储区随函数的开始面开始,随着函数的结束而结束。函数结束后,这块存储区就会自动释放,以供程序的其他用途使用。系统在函数运行时会为函数的每一个参数都提供存储区,参数在存储区中的存储长度由自身的类型决定。参数传递,就是系统用函数实参初始化函数参数存储区的过程。

            函数的参数有传值(传指针)和传址(传引用)两种。所谓参会传值,就是实参的值复制到函数运行时分配给函数的参数存储区中。参数在传值时,函数不会访问当前调用的实参,函数处理的是实参在本地的拷贝,这些拷贝被存储在函数的“栈”中,所以这些拷贝值的改变不会影响实参的值。

    答案:

    z=1

    (2)问题:返回值i是一个局部变量,函数的返回参数怎么能是局部变量呢?局部变量在离开作用域后就自动被销毁了,还怎么能返回值给调用都呢?

           解答:函数的返回值有传值和传址两种。int Get_Int(int a)属于返回值是传值的函数,这就意味着函数int Get_Int(int a)会在函数返回处产生一个临时对象,用于存放局部变量i的值的一份拷贝(变量i的右值的拷贝),临时对象是没有名称的,这份没有名称的对象的值(右值)会存储在调用者的“栈”中。所以当i作为局部变量离开作用域后,虽然被销毁了,但它的拷贝仍然存在,并在函数返回时作为“右值”赋给“左值z”。

    答案:

    z=2

    (3)此处考查对“堆”的理解:函数返回的是指向“堆”内存的指针。程序中malloc()是用于分配“堆”内存的库函数,而对于“堆”内存,只要程序中没有调用free()库函数去释放掉该“堆”内存,那么在程序运行期间,malloc()库函数分配的“堆”内存将一直存在。

         char* p=(char*)malloc(sizeof(char)*20)表示分配一块“堆”内存并使得变量p指向这块“堆”内存。

         strcpy(p,"hello world")表示往p指向的“堆”内存中复制字符串hello world。

         return p,变量p的左值是一个局部变量指针,存储于函数栈上,右值 是“堆”的地址(“堆”的值是hello world)。

         函数char* Get_Memory0()属于返回值是传指针的函数,这就意味着函数char* Get_Memory0()会在函数返回处产生一个对返回变量p的“左值”的拷贝,也就是在“左值”的拷贝中存储了指向“堆”的地址。作为局部变量的 p,在离开函数作用域的时候虽然被销毁了,但函数返回值珠“左值”的拷贝是存在的,该拷贝存储了指向“堆“的地址,而而该“堆”的值是hello world。

    答案:

    c1=hello world

    (4)这里考查对函数返回值和指针的理解:变量分为左值和右值,在char* p="hello world"中,左值是局部变量指针p,存储于函数栈上,右值是字符串常量hello world,存储于常量存储区。

            char* Get_Memory1()属于返回值是传指针的函数,这就意味着函数char* Get_Memory1()会在函数返回处产生一个对返回对象的“左值”的拷贝,也就是在“左值”拷贝中存储了指向字符串常量hello world的地址。作为局部变量的p,在离开函数作用域的时候虽然被销毁了,但函数 返回的“左值”拷贝仍然存储了指向常量存储区的字符串常量hello world的地址。

    答案:

    c1=hello world

    (5)和问题(4)有些相似,考查的也是对函数返回值和指针的理解:返回值是传指针,会在函数返回时产生“左值”拷贝。可以看到,p[]不是指针,是一个数组变量。编译器根据右值“hello world”的长度(12个字符)在编译期间在函数的栈上为数组分配大小为12个字符的内存存储区,其值是“hello world”。

            通常,变量的意义在于,它给一块内存存储区提供名字,方便程序对这块内存进行读写。变量包含两个值:左值和右值。左值是内存存储区的名字,右值是存放存储区中的值。从程序中可以看到,函数返回的“左值”拷贝 指向的是局部变量数组p[12]的首地址。当局部数组p[12]作用域后会被自动销毁。这时,函数返回的“左值”拷贝指向的是一个被销毁的局部变量地址。

    答案:

    warning C4172: returning address of local variable or temporary

    c2=未知

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