內(nèi)存分區(qū)、引用

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前言

本文包含內(nèi)存分區(qū)、引用基本使用、引用注意事項、引用做函數(shù)參數(shù)、引用做函數(shù)返回值、引用本質(zhì)、常量引用。

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1 內(nèi)存分區(qū)模型

C++程序在執(zhí)行時，將內(nèi)存大方向劃分為4個區(qū)域

（1）、代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進制代碼，由操作系統(tǒng)進行管理的

（2）、全局區(qū)：存放全局變量和靜態(tài)變量以及常量

（3）、棧區(qū)：由編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量等

（4）堆區(qū)：由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時由操作系統(tǒng)回收

內(nèi)存四區(qū)意義：

不同區(qū)域存放的數(shù)據(jù)，賦予不同的生命周期，給我們更大的靈活編程

1.1 程序運行前

在程序編譯后，生成了exe可執(zhí)行程序，未執(zhí)行該程序前分為兩個區(qū)域

代碼區(qū)：

（1）、存放 CPU 執(zhí)行的機器指令

（2）、代碼區(qū)是共享的，共享的目的是對于頻繁被執(zhí)行的程序，只需要在內(nèi)存中有一份代碼即可

（3）、代碼區(qū)是只讀的，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令

全局區(qū)：

（1）、全局變量和靜態(tài)變量存放在此

（2）、全局區(qū)還包含了常量區(qū)，字符串常量和其他常量也存放在此

該區(qū)域的數(shù)據(jù)在程序結(jié)束后由操作系統(tǒng)釋放

// c-const   g-global   l-local(局部)#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 全局變量
int g_a = 10;
int g_b = 10;// 全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;int main() {// 局部變量int a = 10;int b = 10;// 打印地址cout << "局部變量a地址為： " << (int)&a << endl;  // 5961520：棧區(qū)cout << "局部變量b地址為： " << (int)&b << endl;  // 5961508cout << endl;cout << "全局變量g_a地址為： " << (int)&g_a << endl;  // 10272820：全局區(qū)cout << "全局變量g_b地址為： " << (int)&g_b << endl;  // 10272824cout << endl;// 靜態(tài)變量；在普通變量前面加static，屬于靜態(tài)變量static int s_a = 10;static int s_b = 10;cout << "靜態(tài)變量s_a地址為： " << (int)&s_a << endl;  // 10272828cout << "靜態(tài)變量s_b地址為： " << (int)&s_b << endl;  // 10272832cout << endl;// 字符串常量cout << "字符串常量地址為： " << (int)&"hello world" << endl;  // 10263396cout << "字符串常量地址為： " << (int)&"hello world1" << endl;  // 10263404cout << endl;// const 修飾的常量// const 修飾的全局常量cout << "全局常量c_g_a地址為： " << (int)&c_g_a << endl;  // 10264208cout << "全局常量c_g_b地址為： " << (int)&c_g_b << endl;  // 10264212cout << endl;// const 修飾的局部常量const int c_l_a = 10;const int c_l_b = 10;cout << "局部常量c_l_a地址為： " << (int)&c_l_a << endl;  // 5961496：棧區(qū)cout << "局部常量c_l_b地址為： " << (int)&c_l_b << endl;  // 5961484cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

1.2 程序運行后

棧區(qū)：

（1）、由編譯器自動分配釋放, 存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量等

（2）、注意事項：不要返回局部變量的地址，棧區(qū)開辟的數(shù)據(jù)由編譯器自動釋放

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 棧區(qū)數(shù)據(jù)注意事項：不要返回局部變量的地址
// 棧區(qū)的數(shù)據(jù)由編譯器管理和釋放int* func(int b)  // int類型的指針，代表int類型的地址；形參數(shù)據(jù)也會放在棧區(qū)
{b = 100;int a = 10;  // 局部變量；存放在棧區(qū)，棧區(qū)的數(shù)據(jù)在函數(shù)執(zhí)行完后自動釋放return &a;   // 返回局部變量的地址
}int main() {// 利用指針，接收func函數(shù)的返回值，指針指向a數(shù)據(jù)地址int* p = func(1);cout << *p << endl;  // 10；*解引用        // 第一次可以打印正確的數(shù)字，是因為編譯器做了保留cout << *p << endl;  // 267955168(亂碼)   // 第二次這個數(shù)據(jù)就不再保留了system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

堆區(qū)：

（1）、由程序員分配釋放,若程序員不釋放,程序結(jié)束時由操作系統(tǒng)回收

（2）、在C++中主要利用new在堆區(qū)開辟內(nèi)存

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間int* func()
{// 利用new關(guān)鍵字，可以將數(shù)據(jù)開辟到堆區(qū)// 指針本質(zhì)也是局部變量，放在棧上，指針保存的數(shù)據(jù)是放在堆區(qū)int* a = new int(10);  // 返回內(nèi)存編號地址；存放的也是地址；new int(10)return a;
}int main() {int* p = func();cout << *p << endl;  // 10cout << *p << endl;  // 10system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

1.3 new 操作符

（1）、C++ 中利用 new 操作符在堆區(qū)開辟數(shù)據(jù)

（2）、堆區(qū)開辟的數(shù)據(jù)，由程序員手動開辟，手動釋放，釋放利用操作符 delete

（3）、語法： new 數(shù)據(jù)類型

（4）、利用 new 創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，會返回該數(shù)據(jù)對應(yīng)的類型的指針

示例1： 基本語法

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間int* func()
{// 利用new關(guān)鍵字，可以將數(shù)據(jù)開辟到堆區(qū)// 指針本質(zhì)也是局部變量，放在棧上，指針保存的數(shù)據(jù)是放在堆區(qū)int* a = new int(10);  // 返回內(nèi)存編號地址；存放的也是地址；new int(10)return a;
}int main() {int* p = func();  // 10cout << *p << endl;  // 10cout << *p << endl;  // 10// 堆區(qū)的數(shù)據(jù)，由程序員管理開辟，程序員管理釋放delete p;  // 利用delete釋放堆區(qū)數(shù)據(jù)// cout << *p << endl; //報錯，釋放的空間不可訪問；內(nèi)存已被釋放，再次訪問就是非法操作，會報錯system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

示例2：開辟數(shù)組

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間int main() {int* arr = new int[10];  // 10代表數(shù)組有10個元素for (int i = 0; i < 10; i++){arr[i] = i + 100;  // 給10個元素賦值 100~109}for (int i = 0; i < 10; i++){cout << arr[i] << " ";}cout << endl;// 釋放數(shù)組 delete 后加 []delete[] arr;cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

2 引用

2.1 引用基本使用

**作用： ** 給變量起別名

語法： 數(shù)據(jù)類型 &別名 = 原名

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間int main() {int a = 10;// 數(shù)據(jù)類型 &別名 = 原名int& b = a;cout << "a = " << a << endl;  // 10cout << "b = " << b << endl;  // 10b = 100;cout << "a = " << a << endl;  // 100cout << "b = " << b << endl;  // 100cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

2.2 引用注意事項

（1）、引用必須初始化

（2）、引用在初始化后，不可以改變

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間int main() {int a = 10;int b = 20;// int &c;   // 錯誤，引用必須初始化int& c = a;  // 一旦初始化后，就不可以更改c = b;       // 這是賦值操作，不是更改引用cout << "a = " << a << endl;  // 20cout << "b = " << b << endl;  // 20cout << "c = " << c << endl;  // 20cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

2.3 引用做函數(shù)參數(shù)

作用： 函數(shù)傳參時，可以利用引用的技術(shù)讓形參修飾實參

優(yōu)點： 可以簡化指針修改實參

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 1、值傳遞
void mySwap01(int a, int b) {int temp = a;a = b;b = temp;
}// 2、地址傳遞
void mySwap02(int* a, int* b) {  // 傳值使用&取值符，接收時用指針*int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}// 3、引用傳遞
void mySwap03(int& a, int& b) {  // 引用，&a相當(dāng)于實參a的別名，別名與原名一致，修改別名a就相當(dāng)于修改aint temp = a;a = b;b = temp;
}int main() {int a = 10;int b = 20;mySwap01(a, b);  // 值傳遞，形參不會修飾實參cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl;  // a:10 b:20mySwap02(&a, &b);  // 地址傳遞，形參會修飾實參cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl;  // a:20 b:10mySwap03(a, b);  // 引用傳遞，形參會修飾實參cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl;  // a:20 b:10 因為mySwap02()將實參修改了，在mySwap02()的基礎(chǔ)上再進行更換cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

2.4 引用做函數(shù)返回值

作用： 引用是可以作為函數(shù)的返回值存在的

注意： 不要返回局部變量引用

用法： 函數(shù)調(diào)用作為左值

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 返回局部變量引用
int& test01() {int a = 10;  // 局部變量；存放在四區(qū)中的棧區(qū)；函數(shù)調(diào)用后將被釋放return a;
}// 返回靜態(tài)變量引用
int& test02() {static int a = 20;  // 靜態(tài)變量，存放在全局區(qū)，全局區(qū)上的數(shù)據(jù)在程序結(jié)束后系統(tǒng)釋放return a;
}int main() {// 不能返回局部變量的引用int& ref = test01();cout << "ref = " << ref << endl;cout << "ref = " << ref << endl;int& ref2 = test02();cout << "ref2 = " << ref2 << endl;  // 20cout << "ref2 = " << ref2 << endl;  // 20// 如果函數(shù)做左值，那么必須返回引用// 如果函數(shù)的返回值是引用，這個函數(shù)調(diào)用可以作為左值test02() = 1000;  // test02()調(diào)用后返回的是a的引用；相當(dāng)于返回a這個變量；test02()返回的就是a的本身；相當(dāng)于a=1000cout << "ref2 = " << ref2 << endl;  // 1000 ; ref2是a的別名；原名賦值為1000，使用別名ref2訪問也是1000cout << "ref2 = " << ref2 << endl;  // 1000cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

2.5 引用本質(zhì)

本質(zhì)： 引用的本質(zhì)在c++內(nèi)部實現(xiàn)是一個指針常量 （int * const p）

#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 發(fā)現(xiàn)是引用，轉(zhuǎn)換為 int* const ref = &a;
void func(int& ref) {ref = 100;  // ref是引用，轉(zhuǎn)換為*ref = 100
}int main() {int a = 10;// 自動轉(zhuǎn)換為 int* const ref = &a; 指針常量是指針指向不可改，也說明為什么引用不可更改（指向a地址后，不可再指向b地址）int& ref = a;ref = 20;  // 內(nèi)部發(fā)現(xiàn)ref是引用，自動幫我們轉(zhuǎn)換為: *ref = 20；解引用cout << "a:" << a << endl;      // 20cout << "ref:" << ref << endl;  // 20cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

結(jié)論：C++推薦用引用技術(shù)，因為語法方便，引用本質(zhì)是指針常量，但是所有的指針操作編譯器都幫我們做了

2.6 常量引用

作用： 常量引用主要用來修飾形參，防止誤操作

在函數(shù)形參列表中，可以加 const修飾形參，防止形參改變實參

// 引用使用的場景，通常用來修飾形參#include <iostream>  // 包含標準輸入輸出流文件
using namespace std;  // 使用標準命名空間// 打印數(shù)據(jù)函數(shù)
void showValue(const int& v) {  // const修飾形參；形參引用//v += 10;  // 加const后，v的值不可修改會提示錯誤cout << v << endl;
}int main() {//int& ref = 10;  // 引用本身需要一個合法的內(nèi)存空間（棧區(qū)、堆區(qū)數(shù)據(jù)），因此這行錯誤；10是常量，在常量區(qū)// 加入const就可以了，編譯器優(yōu)化代碼，int temp = 10; const int& ref = temp;const int& ref = 10;// ref = 100;  //加入const后不可以修改變量；變?yōu)橹蛔xcout << ref << endl;  // 10// 函數(shù)中利用常量引用防止誤操作修改實參int a = 10;  // 如果函數(shù)showValue()未加const，在函數(shù)內(nèi)修改v，會將a的值也進行修改showValue(a);  // 10cout << endl;system("pause");  // 相當(dāng)于在本地 Windows 調(diào)試器中的：請按任意鍵繼續(xù)...；暫停，方便看清楚輸出結(jié)果return 0;  // 程序正常退出
}

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總結(jié)

（1）、C++ 中在程序運行前分為全局區(qū)和代碼區(qū)；

（2）、代碼區(qū)特點是共享和只讀；

（3）、全局區(qū)中存放全局變量、靜態(tài)變量、常量；

（4）、常量區(qū)中存放 const 修飾的全局常量和字符串常量；

（5）、堆區(qū)數(shù)據(jù)由程序員管理開辟和釋放；

（6）、堆區(qū)數(shù)據(jù)利用new關(guān)鍵字進行開辟內(nèi)存；

（7）、通過引用參數(shù)產(chǎn)生的效果同按地址傳遞是一樣的。引用的語法更清楚簡單。