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C++中靜態存儲區與棧以及堆的區別詳解

2020-01-26 16:02:55
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供稿:網友

學習c++如果不了解內存分配是一件非常可悲的事情。而且,可以這樣講,一個C++程序員無法掌握內存、無法了解內存,是不能夠成為一個合格的C++程序員的。
一、內存基本構成
可編程內存在基本上分為這樣的幾大部分:靜態存儲區、堆區和棧區。他們的功能不同,對他們使用方式也就不同。
靜態存儲區:內存在程序編譯的時候就已經分配好,這塊內存在程序的整個運行期間都存在。它主要存放靜態數據、全局數據和常量。
棧區:在執行函數時,函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建,函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內存容量有限。
堆區:亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意大小的內存,程序員自己負責在適當的時候用free或delete釋放內存。動態內存的生存期可以由我們決定,如果我們不釋放內存,程序將在最后才釋放掉動態內存。 但是,良好的編程習慣是:如果某動態內存不再使用,需要將其釋放掉,否則,我們認為發生了內存泄漏現象。

二、三者之間的區別
我們通過代碼段來看看對這樣的三部分內存需要怎樣的操作和不同,以及應該注意怎樣的地方。
例一:靜態存儲區與棧區

復制代碼 代碼如下:

    char* p = “Hello World1”;
    char a[] = “Hello World2”;
    p[2] =‘A';
    a[2] =‘A';
    char* p1 = “Hello World1;”

這個程序是有錯誤的,錯誤發生在p[2] = ‘A'這行代碼處,為什么呢,是變量p和變量數組a都存在于棧區的(任何臨時變量都是處于棧區的,包括在main()函數中定義的變量)。但是,數據“Hello World1”和數據“Hello World2”是存儲于不同的區域的。因為數據“Hello World2”存在于數組中,所以,此數據存儲于棧區,對它修改是沒有任何問題的。因為指針變量p僅僅能夠存儲某個存儲空間的地址,數據“Hello World1”為字符串常量,所以存儲在靜態存儲區。雖然通過p[2]可以訪問到靜態存儲區中的第三個數據單元,即字符‘l'所在的存儲的單元。但是因為數據“Hello World1”為字符串常量,不可以改變,所以在程序運行時,會報告內存錯誤。并且,如果此時對p和p1輸出的時候會發現p和p1里面保存的地址是完全相同的。
例二:棧區與堆區
復制代碼 代碼如下:

char* f1()
  { 
 char* p = NULL; 
 char a;  
 p =    return p; 
  } 

 char* f2()  
 { 
  char* p = NULL: 
  p =(char*)new char[4];
   return p;  
 } 

這兩個函數都是將某個存儲空間的地址返回,二者有何區別呢?f1()函數雖然返回的是一個存儲空間,但是此空間為臨時空間。也就是說,此空間只有短暫的生命周期,它的生命周期在函數f1()調用結束時,也就失去了它的生命價值,即:此空間被釋放掉。所以,當調用f1()函數時,如果程序中有下面的語句:
復制代碼 代碼如下:

    char* p;
    p = f1();
    *p =‘a';

此時,編譯并不會報告錯誤,但是在程序運行時,會發生異常錯誤。因為,你對不應該操作的內存(即,已經釋放掉的存儲空間)進行了操作。但是,相比之下,f2()函數不會有任何問題。因為,new這個命令是在堆中申請存儲空間,一旦申請成功,除非你將其delete或者程序終結,這塊內存將一直存在。也可以這樣理解,堆內存是共享單元,能夠被多個函數共同訪問。如果你需要有多個數據返回卻苦無辦法,堆內存將是一個很好的選擇。但是一定要避免下面的事情發生:
復制代碼 代碼如下:

   void f()
    {
    …
    char * p;
    p =(char*)new char[100];
    …
    }

這個程序做了一件很無意義并且會帶來很大危害的事情。因為,雖然申請了堆內存,p保存了堆內存的首地址。但是,此變量是臨時變量,當函數調用結束時p變量消失。也就是說,再也沒有變量存儲這塊堆內存的首地址,我們將永遠無法再使用那塊堆內存了。但是,這塊堆內存卻一直標識被你所使用(因為沒有到程序結束,你也沒有將其delete,所以這塊堆內存一直被標識擁有者是當前您的程序),進而其他進程或程序無法使用。這種不道德的“流氓行為”(我們不用,卻也不讓別人使用)稱為內存泄漏。

總之,對于堆區、棧區和靜態存儲區它們之間最大的不同在于,棧的生命周期很短暫。但是堆區和靜態存儲區的生命周期相當于與程序的生命同時存在(如果您不在程序運行中間將堆內存delete的話),我們將這種變量或數據成為全局變量或數據。但是,對于堆區的內存空間使用更加靈活,因為它允許你在不需要它的時候,隨時將它釋放掉,而靜態存儲區將一直存在于程序的整個生命周期中。

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