C++内存分区和变量存储
- 引言
- 一、内存分区
- 二、变量的存储
- 2.1、普通局部变量
- 2.2、普通全局变量
- 2.3、静态局部变量
- 2.4、静态全局变量
- 三、全局函数和静态函数
- 3.1、全局函数
- 3.2、静态函数（static修饰的函数）
- 四、头文件包含
- 五、#define宏
- 5.1、不带参数的宏
- 5.2、带参数的宏
- 5.3、宏函数和普通函数的区别
- 总结
引言
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一、内存分区
可执行文件从运行到结束的整个动态过程称为进程。
- 栈区：可读可写，存储局部变量，函数形参、返回值等。
- 堆区：可读可写，使用malloc、calloc、realloc动态申请。
- 全局区：可读可写，保存普通全局变量、静态全局变量、静态局部变量。
- 常量区：只读，保存数值常量、字符常量、字符串常量、符号常量。
- 代码区：只读，程序的二进制指令。
二、变量的存储
2.1、普通局部变量
定义：在{} 里面定义的普通变量就是普通局部变量。
int main()
{
int num=0;//局部变量
{
int num2=0;//局部变量
}
return 0;
}
作用范围：所在的{}复合语句之间有效。
生命周期：所在的{}复合语句之间有效。
存储区域：栈区。
注意事项：
- 普通局部变量不初始化，内容是不确定的。
- 普通局部变量同名情况下，采用就近原则。
int main()
{
int num=0;//局部变量
{
int num=10;//局部变量
cout<<"num = "<<num<<endl;
}
cout<<"num = "<<num<<endl;
return 0;
}
输出：
10
0
2.2、普通全局变量
定义：在函数外定义的普通变量就是普通全局变量。
int num;
int main()
{
cout<<num<<endl;
return 0;
}
作用范围：当前源文件以及其他源文件有效。
生命周期：整个进程。
存储区域：全局区。
注意事项：
- 普通全局变量不初始化，内容是0。
- 普通局部变量和普通全局变量同名情况下，优先选择局部变量。
int num;
int main()
{
int num=10;
cout<<num<<endl;
cout<<::num<<endl;// C++支持通过作用域方式访问全局变量，c语言不支持
return 0;
}
输出：
0
10
- 其他源文件使用全局变量必须对全局变量进行extern声明。extern声明外部可用，该变量或函数来自其他源文件。
// main.cpp
int num;
int main()
{
int num=10;
cout<<num<<endl;
cout<<::num<<endl;// C++支持通过作用域方式访问全局变量，c语言不支持
return 0;
}
// test.cpp
extern int num;
int test()
{
cout<<num<<endl;
return 0;
}
2.3、静态局部变量
定义：在{} 里面叫static定义的普通变量就是静态局部变量。
void test()
{
static int data = 10;
}
作用范围：所在的{}复合语句之间有效。
生命周期：整个进程有效。
存储区域：全局区。
注意事项：
- 静态局部变量不初始化时，内容默认为0。
- 静态局部变量整个进程都存在，第一次定义有效。
#include <iostream>
using namespace std;
void test()
{
int data=10;
static int data=10;
data2++;
cout<<"data: "<<data<<endl;
cout<<"data2: "<<data2<<endl;
}
int main()
{
test();
test();
test();
test();
test();
return 0;
}
输出：
data: 10
data2: 11
data: 10
data2: 12
data: 10
data2: 13
data: 10
data2: 14
data: 10
data2: 15
2.4、静态全局变量
定义：在函数外定义的使用static修饰的变量就是静态全局变量。
static int num;
int main()
{
cout<<num<<endl;
return 0;
}
作用范围：只能在当前源文件使用，不能在其他源文件使用。
生命周期：整个进程。
存储区域：全局区。
注意事项：
- 静态全局变量不初始化，内容为0。
- 静态全局变量只能在当前源文件使用。
三、全局函数和静态函数
3.1、全局函数
函数默认都是全局函数。全局函数在当前源文件以及其他源文件都可以使用。如果其他源文件使用需要extern对全局函数进行声明。
// main.cpp
int num;
extern test();//全局函数的声明
int main()
{
int num=10;
cout<<num<<endl;
cout<<::num<<endl;// C++支持通过作用域方式访问全局变量，c语言不支持
test();
return 0;
}
// test.cpp
extern int num;
int test()
{
cout<<num<<endl;
return 0;
}
3.2、静态函数（static修饰的函数）
静态函数只能在当前源文件使用。
// main.cpp
int num;
static int test();//函数的声明
int main()
{
int num=10;
cout<<num<<endl;
cout<<::num<<endl;// C++支持通过作用域方式访问全局变量，c语言不支持
test();
return 0;
}
static int test()
{
cout<<num<<endl;
return 0;
}
四、头文件包含
在预处理结果将头文件的内容原封不动的包含在目的文件中。
- <>从系统指定目录寻找头文件。
- ""先从当前目录寻找头文件，如果找不到，再从系统指定目录寻找头文件。
五、#define宏
编译的四个阶段：预处理、编译、汇编、链接。
使用关键字define定义的称为宏。
#define PI 3.1415926 //宏定义
在预处理时，使用3.1415926替换PI出现的位置，称为宏展开。
注意：
- 不要在宏后面添加分号。
- 宏尽量大写，和变量区分开。
5.1、不带参数的宏
#define PI 3.1415926 //宏定义
#define STRING "hello cpp"
#define INT32 32
宏的作用范围：从定义处开始到当前文件结束有效。#undef可以结束宏的作用域。
#define PI 3.1415926 //宏定义
// ....
#undef PI //结束宏的作用域
// ...
宏没有作用域的限制，只在当前源文件有效。
5.2、带参数的宏
#define MUL(a,b) a*b
cout<<MUL(10,20)<<endl;
// 宏展开后：cout<<10*20<<endl;
（1）宏的参数不能有类型。
（2）宏不能保证参数的完整性。
#define MUL(a,b) a*b
cout<<MUL(10+10,20)<<endl;
// 宏展开后：cout<<10+10*20<<endl;
可以使用()的形式让带参数的宏具备完整性。
#define MUL(a,b) (a)*(b)
cout<<MUL(10+10,20)<<endl;
// 宏展开后：cout<<(10+10)*20<<endl;
（3）宏不能作为结构体、类的成员。
5.3、宏函数和普通函数的区别
- 定义方式不同：宏定义是通过#define关键字定义的，而普通函数则需要先声明再实现。
- 编译时机不同：宏函数是在编译时展开的，而普通函数则是在运行时执行的。
- 参数传递方式不同：宏函数可以接受任意类型的参数，并且不需要进行类型检查。相比之下，普通函数对于每个参数都需要进行类型检查。
- 返回值处理方式不同：宏函数不能像普通函数一样返回结果。相反，它会直接替换为预处理器指令。
- 带参数宏调用多少次就展开多少次，执行代码的时候没有函数调用的过程，不需要压栈出栈。所以带参数宏是浪费空间来节省时间。
- 带参数函数，代码只有一份，存储在代码段，调用的时候去代码段取指令，调用的时候要压栈出栈，属于浪费时间来节省空间。
- 函数有作用域限制，可以作为类的成员。而宏是没有作用域限制的，不能作为类的成员。
总结
C++预处理器是一个非常重要的编译阶段，它在源代码被编译之前对源代码进行一些操作。以下是一些常见的C++预处理指令和其作用：
- #define：定义宏常量或宏函数，可以提高代码的可读性和可维护性。
- #ifdef / #ifndef / #endif：条件编译指令，用于根据条件选择是否编译某段代码。
- #include：包含头文件，将其他源代码文件中的定义导入到当前文件中以供使用。
- #pragma：通用预处理命令，用于指示编译器执行特定的动作或更改默认行为。
- #error：产生错误消息并停止编译过程。
- #undef：取消已定义的宏。
除了上述常见预处理指令外，C++还有一些其他的预处理功能，例如__FILE__、__LINE__等预定义标识符。这些标识符可以在程序运行时提供有关程序状态和调试信息。
总体来说，C++预处理器为程序员提供了很多便利，在正确使用的情况下能够有效地提高开发效率和代码质量。但需要注意，在不适当地使用它们的情况下，会带来潜在的风险和问题。
