C/C++内存存储

 

      C/C++内存存储问题是笔试中必须掌握的。先看下面的程序：

#include <stdio.h>
#include "string.h"
#include "malloc.h"

void Swap(int a,int b)
{
    int temp;
    temp=a;
    a=b;
    b=temp;
}

int Get_Int(int a)
{
    int i=1+a;
    return i;
}

char* Get_Memory0()
{
    char* p=(char*)malloc(sizeof(char)* 20);
    strcpy(p,"hello world");
    return p;
}

char* Get_Memory1()
{
    char* p="hello world";
    return p;
}


char* Get_Memory2()
{
    char p[]="hello world";
    return p;
}

void main()
{
    int x=4,y=3;
    Swap(x,y);
    int z=x-y;
    printf("z=%d\n",z);

    z=Get_Int(z);
    printf("z=%d\n",z);

    char* c0=Get_Memory0();
    printf("c0=%s\n",c0);

    const char* c1=Get_Memory1();
    printf("c1=%s\n",c1);

    char* const c2=Get_Memory2();
    printf("c2=%s\n",c2);
}

基础知识

内存存储：

在C/C++中，通常可以把内存理解成4个分区：栈、堆、全局/静态存储区和常量存储区。

（1）栈：通常是用那些在编译期间就能确定其存储大小的变量的存储区，用于在函数作用域内创建、在离开作用域后自动销毁的变量的存储区。通常是局部变量、函数参数等的存储区。它的存储空间是连续的，两个紧挨着的定义的局部变量，它们的存储空间是紧挨着的。栈的大小是有限的，通常Visual C++编译器默认栈的大小是1M，所以不要定义int a[1000000]这样的超大数组。

（2）堆：通常是用于那些在编译期间不能确定存储大小的变量存储区，它的存储空间是不连续的，一般同malloc（或new）函数来分配内存块，并且需要要free（或delete）释放内存。如果程序员没有释放掉，那么就会出现常说的内存泄漏问题。需要注意的是，两个紧挨定义的指针变量，所指向的malloc出来的内存并不一定是紧挨着的。另外需要注意的一点是，堆的大小几乎是不受限制的，理论上每个程序最大可达4GB。

（3）全局/静态存储区：和“栈”一样，通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的变量的存储区，但它用于的是在整个程序运行期间都可见的全局变量和静态变量。

（4）常量存储区：和“全局/静态存储区”一样，通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的常量存储区，并且在程序运行期间，存储区内的常量也是全局可见的。这是一块比较特殊的存储区，它们里面放的是常量，不允许被修改。

程序解答：

（1）Swap函数：我们知道，所有函数都会在运行时从程序“栈”上得到分配给它的一块存储区（这里的“栈”就是前两面讲解内存存储时提到的“栈”，第个运行程序都拥有自己的运行时“栈”）。这块“栈”上的函数存储区随函数的开始面开始，随着函数的结束而结束。函数结束后，这块存储区就会自动释放，以供程序的其他用途使用。系统在函数运行时会为函数的每一个参数都提供存储区，参数在存储区中的存储长度由自身的类型决定。参数传递，就是系统用函数实参初始化函数参数存储区的过程。

        函数的参数有传值（传指针）和传址（传引用）两种。所谓参会传值，就是实参的值复制到函数运行时分配给函数的参数存储区中。参数在传值时，函数不会访问当前调用的实参，函数处理的是实参在本地的拷贝，这些拷贝被存储在函数的“栈”中，所以这些拷贝值的改变不会影响实参的值。

答案：

z=1

（2）问题：返回值i是一个局部变量，函数的返回参数怎么能是局部变量呢？局部变量在离开作用域后就自动被销毁了，还怎么能返回值给调用都呢？

       解答：函数的返回值有传值和传址两种。int Get_Int(int a)属于返回值是传值的函数，这就意味着函数int Get_Int(int a)会在函数返回处产生一个临时对象，用于存放局部变量i的值的一份拷贝（变量i的右值的拷贝），临时对象是没有名称的，这份没有名称的对象的值（右值）会存储在调用者的“栈”中。所以当i作为局部变量离开作用域后，虽然被销毁了，但它的拷贝仍然存在，并在函数返回时作为“右值”赋给“左值z”。

答案：

z=2

（3）此处考查对“堆”的理解：函数返回的是指向“堆”内存的指针。程序中malloc()是用于分配“堆”内存的库函数，而对于“堆”内存，只要程序中没有调用free()库函数去释放掉该“堆”内存，那么在程序运行期间，malloc()库函数分配的“堆”内存将一直存在。

     char* p=(char*)malloc(sizeof(char)*20)表示分配一块“堆”内存并使得变量p指向这块“堆”内存。

     strcpy(p,"hello world")表示往p指向的“堆”内存中复制字符串hello world。

     return p，变量p的左值是一个局部变量指针，存储于函数栈上，右值 是“堆”的地址（“堆”的值是hello world）。

     函数char* Get_Memory0()属于返回值是传指针的函数，这就意味着函数char* Get_Memory0()会在函数返回处产生一个对返回变量p的“左值”的拷贝，也就是在“左值”的拷贝中存储了指向“堆”的地址。作为局部变量的 p，在离开函数作用域的时候虽然被销毁了，但函数返回值珠“左值”的拷贝是存在的，该拷贝存储了指向“堆“的地址，而而该“堆”的值是hello world。

答案：

 c1=hello world

（4）这里考查对函数返回值和指针的理解：变量分为左值和右值，在char* p="hello world"中，左值是局部变量指针p,存储于函数栈上，右值是字符串常量hello world，存储于常量存储区。

        char* Get_Memory1()属于返回值是传指针的函数，这就意味着函数char* Get_Memory1()会在函数返回处产生一个对返回对象的“左值”的拷贝，也就是在“左值”拷贝中存储了指向字符串常量hello world的地址。作为局部变量的p,在离开函数作用域的时候虽然被销毁了，但函数 返回的“左值”拷贝仍然存储了指向常量存储区的字符串常量hello world的地址。

答案：

c1=hello world

（5）和问题（4）有些相似，考查的也是对函数返回值和指针的理解：返回值是传指针，会在函数返回时产生“左值”拷贝。可以看到，p[]不是指针，是一个数组变量。编译器根据右值“hello world”的长度（12个字符）在编译期间在函数的栈上为数组分配大小为12个字符的内存存储区，其值是“hello world”。

        通常，变量的意义在于，它给一块内存存储区提供名字，方便程序对这块内存进行读写。变量包含两个值：左值和右值。左值是内存存储区的名字，右值是存放存储区中的值。从程序中可以看到，函数返回的“左值”拷贝 指向的是局部变量数组p[12]的首地址。当局部数组p[12]作用域后会被自动销毁。这时，函数返回的“左值”拷贝指向的是一个被销毁的局部变量地址。

答案：

warning C4172: returning address of local variable or temporary

c2=未知