内存分区、引用
文章目录
- 内存分区、引用
- 前言
- 1 内存分区模型
- 1.1 程序运行前
- 1.2 程序运行后
- 1.3 new 操作符
- 2 引用
- 2.1 引用基本使用
- 2.2 引用注意事项
- 2.3 引用做函数参数
- 2.4 引用做函数返回值
- 2.5 引用本质
- 2.6 常量引用
- 总结
前言
本文包含内存分区、引用基本使用、引用注意事项、引用做函数参数、引用做函数返回值、引用本质、常量引用。
1 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
（1）、代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的
（2）、全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
（3）、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
（4）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
内存四区意义：
不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们更大的灵活编程
1.1 程序运行前
在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域
代码区：
（1）、存放 CPU 执行的机器指令
（2）、代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可
（3）、代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令
全局区：
（1）、全局变量和静态变量存放在此
（2）、全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量也存放在此
该区域的数据在程序结束后由操作系统释放
// c-const g-global l-local(局部)
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 全局变量
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() {
// 局部变量
int a = 10;
int b = 10;
// 打印地址
cout << "局部变量a地址为： " << (int)&a << endl; // 5961520：栈区
cout << "局部变量b地址为： " << (int)&b << endl; // 5961508
cout << endl;
cout << "全局变量g_a地址为： " << (int)&g_a << endl; // 10272820：全局区
cout << "全局变量g_b地址为： " << (int)&g_b << endl; // 10272824
cout << endl;
// 静态变量；在普通变量前面加static，属于静态变量
static int s_a = 10;
static int s_b = 10;
cout << "静态变量s_a地址为： " << (int)&s_a << endl; // 10272828
cout << "静态变量s_b地址为： " << (int)&s_b << endl; // 10272832
cout << endl;
// 字符串常量
cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world" << endl; // 10263396
cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world1" << endl; // 10263404
cout << endl;
// const 修饰的常量
// const 修饰的全局常量
cout << "全局常量c_g_a地址为： " << (int)&c_g_a << endl; // 10264208
cout << "全局常量c_g_b地址为： " << (int)&c_g_b << endl; // 10264212
cout << endl;
// const 修饰的局部常量
const int c_l_a = 10;
const int c_l_b = 10;
cout << "局部常量c_l_a地址为： " << (int)&c_l_a << endl; // 5961496：栈区
cout << "局部常量c_l_b地址为： " << (int)&c_l_b << endl; // 5961484
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
1.2 程序运行后
栈区：
（1）、由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等
（2）、注意事项：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 <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 栈区数据注意事项：不要返回局部变量的地址
// 栈区的数据由编译器管理和释放
int* func(int b) // int类型的指针，代表int类型的地址；形参数据也会放在栈区
{
b = 100;
int a = 10; // 局部变量；存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
return &a; // 返回局部变量的地址
}
int main() {
// 利用指针，接收func函数的返回值，指针指向a数据地址
int* p = func(1);
cout << *p << endl; // 10；*解引用 // 第一次可以打印正确的数字，是因为编译器做了保留
cout << *p << endl; // 267955168(乱码) // 第二次这个数据就不再保留了
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
堆区：
（1）、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
（2）、在C++中主要利用new在堆区开辟内存
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int* func()
{
// 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，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
int* a = new int(10); // 返回内存编号地址；存放的也是地址；new int(10)
return a;
}
int main() {
int* p = func();
cout << *p << endl; // 10
cout << *p << endl; // 10
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
1.3 new 操作符
（1）、C++ 中利用 new 操作符在堆区开辟数据
（2）、堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符 delete
（3）、语法： new 数据类型
（4）、利用 new 创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针
示例1： 基本语法
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int* func()
{
// 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，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
int* a = new int(10); // 返回内存编号地址；存放的也是地址；new int(10)
return a;
}
int main() {
int* p = func(); // 10
cout << *p << endl; // 10
cout << *p << endl; // 10
// 堆区的数据，由程序员管理开辟，程序员管理释放
delete p; // 利用delete释放堆区数据
// cout << *p << endl; //报错，释放的空间不可访问；内存已被释放，再次访问就是非法操作，会报错
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
示例2：开辟数组
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int main() {
int* arr = new int[10]; // 10代表数组有10个元素
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i + 100; // 给10个元素赋值 100~109
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
// 释放数组 delete 后加 []
delete[] arr;
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
2 引用
2.1 引用基本使用
**作用： ** 给变量起别名
语法： 数据类型 &别名 = 原名
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int main() {
int a = 10;
// 数据类型 &别名 = 原名
int& b = a;
cout << "a = " << a << endl; // 10
cout << "b = " << b << endl; // 10
b = 100;
cout << "a = " << a << endl; // 100
cout << "b = " << b << endl; // 100
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
2.2 引用注意事项
（1）、引用必须初始化
（2）、引用在初始化后，不可以改变
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
// int &c; // 错误，引用必须初始化
int& c = a; // 一旦初始化后，就不可以更改
c = b; // 这是赋值操作，不是更改引用
cout << "a = " << a << endl; // 20
cout << "b = " << b << endl; // 20
cout << "c = " << c << endl; // 20
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
2.3 引用做函数参数
作用： 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
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 1、值传递
void mySwap01(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
// 2、地址传递
void mySwap02(int* a, int* b) { // 传值使用&取值符，接收时用指针*
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
// 3、引用传递
void mySwap03(int& a, int& b) { // 引用，&a相当于实参a的别名，别名与原名一致，修改别名a就相当于修改a
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
mySwap01(a, b); // 值传递，形参不会修饰实参
cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl; // a:10 b:20
mySwap02(&a, &b); // 地址传递，形参会修饰实参
cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl; // a:20 b:10
mySwap03(a, b); // 引用传递，形参会修饰实参
cout << "a:" << a << " \tb:" << b << endl; // a:20 b:10 因为mySwap02()将实参修改了，在mySwap02()的基础上再进行更换
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
2.4 引用做函数返回值
作用： 引用是可以作为函数的返回值存在的
注意： 不要返回局部变量引用
用法： 函数调用作为左值
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 返回局部变量引用
int& test01() {
int a = 10; // 局部变量；存放在四区中的栈区；函数调用后将被释放
return a;
}
// 返回静态变量引用
int& test02() {
static int a = 20; // 静态变量，存放在全局区，全局区上的数据在程序结束后系统释放
return a;
}
int main() {
// 不能返回局部变量的引用
int& ref = test01();
cout << "ref = " << ref << endl;
cout << "ref = " << ref << endl;
int& ref2 = test02();
cout << "ref2 = " << ref2 << endl; // 20
cout << "ref2 = " << ref2 << endl; // 20
// 如果函数做左值，那么必须返回引用
// 如果函数的返回值是引用，这个函数调用可以作为左值
test02() = 1000; // test02()调用后返回的是a的引用；相当于返回a这个变量；test02()返回的就是a的本身；相当于a=1000
cout << "ref2 = " << ref2 << endl; // 1000 ; ref2是a的别名；原名赋值为1000，使用别名ref2访问也是1000
cout << "ref2 = " << ref2 << endl; // 1000
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
2.5 引用本质
本质： 引用的本质在c++内部实现是一个指针常量 （int * const p）
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 发现是引用，转换为 int* const ref = &a;
void func(int& ref) {
ref = 100; // ref是引用，转换为*ref = 100
}
int main() {
int a = 10;
// 自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改，也说明为什么引用不可更改（指向a地址后，不可再指向b地址）
int& ref = a;
ref = 20; // 内部发现ref是引用，自动帮我们转换为: *ref = 20；解引用
cout << "a:" << a << endl; // 20
cout << "ref:" << ref << endl; // 20
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
结论：C++推荐用引用技术，因为语法方便，引用本质是指针常量，但是所有的指针操作编译器都帮我们做了
2.6 常量引用
作用： 常量引用主要用来修饰形参，防止误操作
在函数形参列表中，可以加 const修饰形参，防止形参改变实参
// 引用使用的场景，通常用来修饰形参
#include <iostream> // 包含标准输入输出流文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
// 打印数据函数
void showValue(const int& v) { // const修饰形参；形参引用
//v += 10; // 加const后，v的值不可修改会提示错误
cout << v << endl;
}
int main() {
//int& ref = 10; // 引用本身需要一个合法的内存空间（栈区、堆区数据），因此这行错误；10是常量，在常量区
// 加入const就可以了，编译器优化代码，int temp = 10; const int& ref = temp;
const int& ref = 10;
// ref = 100; //加入const后不可以修改变量；变为只读
cout << ref << endl; // 10
// 函数中利用常量引用防止误操作修改实参
int a = 10; // 如果函数showValue()未加const，在函数内修改v，会将a的值也进行修改
showValue(a); // 10
cout << endl;
system("pause"); // 相当于在本地 Windows 调试器中的：请按任意键继续...；暂停，方便看清楚输出结果
return 0; // 程序正常退出
}
总结
（1）、C++ 中在程序运行前分为全局区和代码区；
（2）、代码区特点是共享和只读；
（3）、全局区中存放全局变量、静态变量、常量；
（4）、常量区中存放 const 修饰的全局常量和字符串常量；
（5）、堆区数据由程序员管理开辟和释放；
（6）、堆区数据利用new关键字进行开辟内存；
（7）、通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单。
