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C++编程：进阶阶段—1内存模型

news 来源：原创 2025/6/18 18:58:08

1 程序的内存模型

C++在执行代码时，将内存分为4个区域，不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期。

代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统管理；
全局区：存放全局变量、静态变量和常量；
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，则程序结束时由操作系统回收。

1.1 内存四区---代码区

代码区是程序运行前分的，在程序编译后运行前，分为代码区和全局区。代码区存放CPU执行的机器指令。

特点：

共享：对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。
只读：防止程序域外修改其中的指令。

1.2 内存四区---全局区

存放全局变量、静态变量和常量。该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//定义全局变量
int g_a=10;
int g_b=10;
const int c_g_a=0;
const int c_g_b=0;

int main()
{
    //全局区
    //存放全局变量
    //定义普通局部变量
    int a=10;
    int b=10;
    cout<<"局部变量a的地址为："<<(long long)&a<<endl;
    cout<<"局部变量b的地址为："<<(long long)&b<<endl;

    cout<<"全局变量g_a的地址为："<<(long long)&g_a<<endl;
    cout<<"全局变量g_b的地址为："<<(long long)&g_b<<endl;

    //定义静态变量
    static int s_a=0;
    static int s_b=0;
    cout<<"静态变量s_a的地址为："<<(long long)&s_a<<endl;
    cout<<"静态变量s_b的地址为："<<(long long)&s_b<<endl;

    //定义常量
    //字符串常量
    cout<<"字符串常量的地址为："<<(long long)&"hello C++"<<endl;

    //const修饰的全局变量
    cout<<"全局常量c_g_a的地址为："<<(long long)&c_g_a<<endl;
    cout<<"全局常量c_g_b的地址为："<<(long long)&c_g_b<<endl;

    //const修饰的局部变量
    const int c_l_a=0;
    const int c_l_b=0;
    cout<<"局部常量c_l_a的地址为："<<(long long)&c_l_a<<endl;
    cout<<"局部常量c_l_b的地址为："<<(long long)&c_l_b<<endl;

    return 0;
}

输出如下：

全局变量的内存地址相近，与局部变量的地址相差明显远。

1.3 内存四区---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，不要返回局部变量的地址（函数执行完之后会自动释放），栈区开辟的数据由编译器自动释放。

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int* func()
{
    int a=0;//局部变量
    return &a;//返回局部变量的地址 报错（函数返回类型加一个 * 返回局部变量的地址就不会报错）
}

int main()
{
    //接收func函数的返回值
    int * p=func();
    cout <<*p<<endl;//报错
    return 0;
}

错误示例：

1.4 内存四区---堆区

由程序员分配和释放，若程序员不释放，则程序结束时由操作系统回收。在C++中用new在堆区开辟内存。

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int* func()
{
    //利用new将数据开辟到堆区
    int * p=new int(10);//用指针接收内存地址编号
    return p;
}

void func1()
{
    //在堆区开辟数组
    int * arr=new int[10];//用指针接收内存地址编号
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        arr[i]=i+100;
    }
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        cout<<arr[i]<<endl;
    }

    //释放数组
    delete[] arr;
}

int main()
{
    //接收func函数的返回值,接收的是在堆中开辟的地址，而不是局部变量在栈中的地址
    int * p=func();
    cout <<*p<<endl;
    cout <<*p<<endl;

    //手动释放内存
    delete p;
    cout<<*p<<endl;//报错 内存已被释放，再访问不会输出正确的值

    func1();
    return 0;
}

输出如下：