C++中靜態(tài)存儲區(qū)與棧以及堆的區(qū)別詳解
學(xué)習(xí)c++如果不了解內(nèi)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(nèi)存、無法了解內(nèi)存,是不能夠成為一個合格的C++程序員的。
一、內(nèi)存基本構(gòu)成
可編程內(nèi)存在基本上分為這樣的幾大部分:靜態(tài)存儲區(qū)、堆區(qū)和棧區(qū)。他們的功能不同,對他們使用方式也就不同。
靜態(tài)存儲區(qū):內(nèi)存在程序編譯的時候就已經(jīng)分配好,這塊內(nèi)存在程序的整個運(yùn)行期間都存在。它主要存放靜態(tài)數(shù)據(jù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)和常量。
棧區(qū):在執(zhí)行函數(shù)時,函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。
堆區(qū):亦稱動態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時候用malloc或new申請任意大小的內(nèi)存,程序員自己負(fù)責(zé)在適當(dāng)?shù)臅r候用free或delete釋放內(nèi)存。動態(tài)內(nèi)存的生存期可以由我們決定,如果我們不釋放內(nèi)存,程序?qū)⒃谧詈蟛裴尫诺魟討B(tài)內(nèi)存。 但是,良好的編程習(xí)慣是:如果某動態(tài)內(nèi)存不再使用,需要將其釋放掉,否則,我們認(rèn)為發(fā)生了內(nèi)存泄漏現(xiàn)象。
二、三者之間的區(qū)別
我們通過代碼段來看看對這樣的三部分內(nèi)存需要怎樣的操作和不同,以及應(yīng)該注意怎樣的地方。
例一:靜態(tài)存儲區(qū)與棧區(qū)
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(fā)生在p[2] = ‘A'這行代碼處,為什么呢,是變量p和變量數(shù)組a都存在于棧區(qū)的(任何臨時變量都是處于棧區(qū)的,包括在main()函數(shù)中定義的變量)。但是,數(shù)據(jù)“Hello World1”和數(shù)據(jù)“Hello World2”是存儲于不同的區(qū)域的。因為數(shù)據(jù)“Hello World2”存在于數(shù)組中,所以,此數(shù)據(jù)存儲于棧區(qū),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(shù)據(jù)“Hello World1”為字符串常量,所以存儲在靜態(tài)存儲區(qū)。雖然通過p[2]可以訪問到靜態(tài)存儲區(qū)中的第三個數(shù)據(jù)單元,即字符‘l'所在的存儲的單元。但是因為數(shù)據(jù)“Hello World1”為字符串常量,不可以改變,所以在程序運(yùn)行時,會報告內(nèi)存錯誤。并且,如果此時對p和p1輸出的時候會發(fā)現(xiàn)p和p1里面保存的地址是完全相同的。
例二:棧區(qū)與堆區(qū)
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(shù)都是將某個存儲空間的地址返回,二者有何區(qū)別呢?f1()函數(shù)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(shù)f1()調(diào)用結(jié)束時,也就失去了它的生命價值,即:此空間被釋放掉。所以,當(dāng)調(diào)用f1()函數(shù)時,如果程序中有下面的語句:
char* p;
p = f1();
*p =‘a(chǎn)';
此時,編譯并不會報告錯誤,但是在程序運(yùn)行時,會發(fā)生異常錯誤。因為,你對不應(yīng)該操作的內(nèi)存(即,已經(jīng)釋放掉的存儲空間)進(jìn)行了操作。但是,相比之下,f2()函數(shù)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(jié),這塊內(nèi)存將一直存在。也可以這樣理解,堆內(nèi)存是共享單元,能夠被多個函數(shù)共同訪問。如果你需要有多個數(shù)據(jù)返回卻苦無辦法,堆內(nèi)存將是一個很好的選擇。但是一定要避免下面的事情發(fā)生:
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(nèi)存,p保存了堆內(nèi)存的首地址。但是,此變量是臨時變量,當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束時p變量消失。也就是說,再也沒有變量存儲這塊堆內(nèi)存的首地址,我們將永遠(yuǎn)無法再使用那塊堆內(nèi)存了。但是,這塊堆內(nèi)存卻一直標(biāo)識被你所使用(因為沒有到程序結(jié)束,你也沒有將其delete,所以這塊堆內(nèi)存一直被標(biāo)識擁有者是當(dāng)前您的程序),進(jìn)而其他進(jìn)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(nèi)存泄漏。
總之,對于堆區(qū)、棧區(qū)和靜態(tài)存儲區(qū)它們之間最大的不同在于,棧的生命周期很短暫。但是堆區(qū)和靜態(tài)存儲區(qū)的生命周期相當(dāng)于與程序的生命同時存在(如果您不在程序運(yùn)行中間將堆內(nèi)存delete的話),我們將這種變量或數(shù)據(jù)成為全局變量或數(shù)據(jù)。但是,對于堆區(qū)的內(nèi)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(tài)存儲區(qū)將一直存在于程序的整個生命周期中。
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