【C++基础】笔记2——内存分区模型和引用

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

  • 代码区:存放函数体的二进制编码,由操作系统进行管理
  • 全局区:存放全局变量,静态变量,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
  • 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

不同区域存放的数据,赋予不同的生命周期,加大编程的灵活性

程序运行前

在程序编译后,生成.exe可执行文件,在执行该程序前,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,共享的目的时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的修改它的指令
  • 全局区:
    存放全局变量和静态变量
    存放常量区,字符常量,和其他常量
    该区域的数据在程序结束后由操作系统释放
#include
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()
{
	//全局变量的地址
	cout << "全局变量的地址" << (int)&g_a << "  " << int(&g_b) << endl;

	//普通局部变量
	int a = 10, b = 10;
	cout << "普通局部变量的地址" << (int)&a << "  " << int(&b) << endl;
	
	//静态变量
	static int s_a = 10, s_b = 10;
	cout << "静态变量的地址" << (int)&s_a << "  " << int(&s_b) << endl;

	//常量
	//字符串常量
	cout << "字符串常量的地址" << (int)&"Hello World" << endl;

	//const修饰的常量(全局变量 和 局部变量)
	cout << "全局常量的地址" << (int)&c_g_a << "  " << (int)&c_g_b << endl;
	//const修饰的局部变量,局部常量
	const int c_a = 10;
	const int c_b = 10;
	cout << "局部常量的地址" << (int)&c_a << "  " << (int)&c_b << endl;

	system("pause");
}

程序运行结果
【C++基础】笔记2——内存分区模型和引用_第1张图片
【C++基础】笔记2——内存分区模型和引用_第2张图片

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: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
#include
using namespace std;

int* fun()
{
	int a = 10;		//局部变量,存放在栈区,栈区的数据在函数执行完成后自动释放
	return &a;		//返回局部变量的地址
}

int main()
{
	//接收fun函数的返回值
	int *p = fun();
	cout << *p << endl;		//第一次可打印,是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl;		//第二次该数据不再保留,内存已经被释放

	//因此不要返回局部变量的地址

	system("pause");
}

运行结果:
在这里插入图片描述

  • 堆区
    由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收
    在C++中主要利用new在堆区开辟内存
#include
using namespace std;

int* fun()
{
	//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,存放在栈上,指针保存的数据放在了堆区
	int *p = new int(10);		//10为数据的初始值
	return p;
}

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

	system("pause");
}

在这里插入图片描述

new操作符

new的基本语法

int * fun()
{
	//在堆区创建整形数据
	//new返回的是 该数据类型的指针
	int *p = new int(10);
	return p;
}

void test1()
{	
	int *p = fun();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	//堆区的数据由程序员管理 开辟和释放
	//释放时使用delete关键字
	delete p;
	//cout << *p << endl;		//内存已经被释放,再次访问为非法操作
}

new开辟数组

void test2()
{
	//创建10个整型数据的数组,在堆区
	int * arr = new int[10];
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		arr[i] = i + 10;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//释放堆区数组
	delete[] arr;
}

引用

本质:给变量起别名
语法:数据类型 &别名 = 原名

	int a = 10;
	int &b = a;
	cout << "b = " << b << endl;

	//操作原名和别名 本质上 都是在操作同一块内存
	b = 20;
	cout << "a = " << a << endl;

在这里插入图片描述
注意事项
1.引用必须要进行初始化

int &b;			//错误
int &b = a;		//正确

在这里插入图片描述

2.引用一旦初始化后,就不可以更改了
3.引用必须引一块合法的内存空间

int &a = 10;		//错误

在这里插入图片描述

引用做函数参数

函数传参时,可以利用引用的技术让形参修饰实参
优点:可以简化指针修改实参

void swap(int &a, int &b)
{
	int temp;
	temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
	swap(a, b)		//调用

用引用的方式进行接收,上面的a是下面的a的别名(别名和原名可以一致

引用做函数的返回值

引用可以作为函数的返回值存在
注意:不要返回局部变量的引用
语法:函数调用作为左值

int& test()
{
	static int a = 10;
	return a;
}
int main()
{
	int &ref = test();
	cout << "ref = " << ref << endl;

	//如果函数的返回值是引用,则函数调用可作为左值
	test() = 1000;
	cout << "ref = " << ref << endl;
}

在这里插入图片描述

引用的本质

引用在C++内部实现是一个指针常量(指向不可修改,指向的值可以修改)

#include
using namespace std;

//发现是引用,转换为 int* const ref = a;
void fun(int& ref)
{
	ref = 100;		//ref是引用,转换为 *ref = 100;
}

int main()
{
	int a = 100;

	//自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量的指针指向不可修改,这是引用不可更改的原因
	int& ref = a;
	ref = 20;		//发现ref是引用,转换为 *ref = 20;

	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "ref = " << ref << endl;

	fun(ref);
}

推荐使用引用,语法方便,本质上是指针常量,其中指针的部分由编译器操作

常量引用

常量引用主要用于修饰形参,防止误操作
在函数形参列表中,可以用const修饰形参,防止形参改变实参

常量引用

	int &ref = 10;		//错误

	//加上const后,编译器将代码修改为:int temp = 10; int &a = temp;
	//此时我们找不到这块临时空间的原名(由编译器进行命名),只能用别名进行修改
	const int &ref = 10;	//正确

	ref = 20;		//错误		加上const后变为只读,不可修改

引用修饰形参

void showValue(const int &val)
{
	val = 1000;		//错误,const使得val不得修改,保证代码稳定性
	cout << "val = " << val << endl;
}

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