C++中内存分配详解

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我们都知道，内存基本上分为静态存储区、堆区和栈区三大部分。本文介绍的是C++中的内存分配的问题，希望对你有帮助，一起来看。

 程序运行时，特别要注意的是内存的分配。下面介绍C++程序设计中的内存分配。

一、内存基本构成

可编程内存在基本上分为这样的几大部分：静态存储区、堆区和栈区。他们的功能不同，对他们使用方式也就不同。

静态存储区：内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。它主要存放静态数据、全局数据和常量。

栈区：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

堆区：亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在适当的时候用free或delete释放内存。动态内存的生存期可以由我们决定，如果我们不释放内存，程序将在最后才释放掉动态内存。 但是，良好的编程习惯是：如果某动态内存不再使用，需要将其释放掉，否则，我们认为发生了内存泄漏现象。

二、三者之间的区别

我们通过代码段来看看对这样的三部分内存需要怎样的操作和不同，以及应该注意怎样的地方。

例一：静态存储区与栈区

#include <stdio.h>

char *p2 = "Hello World1";
int main()
{
    char *p = "Hello World1";
    char a[] = "Hello World2";
    //这里会出运行时错误，因为p指向静态数据区的一个字符串常量，而字符串常量不允许被修改
    p[2] = 'A';
    a[2] = 'A';

    char* p1 = "Hello World1";
    static char *p3 = "Hello World1";
    
    //这个静态存储区的字符串常量是允许访问的
    printf("%c\n", p[2]);
    //查看p、p1、p2、p3的地址是否相同，说明在静态数据区，只保留一份相同的数据
    printf("%d\n", p);
    printf("%d\n", p1);
    printf("%d\n", p2);
    printf("%d\n", p3);

    return 0;
}

 

这个程序是有错误的，错误发生在p[2] = ‘A’这行代码处，为什么呢，是变量p和变量数组a都存在于栈区的（任何临时变量都是处于栈区的，包括在main（）函数中定义的变量）。但是，数据“Hello World1”和数据“Hello World2”是存储于不同的区域的。

因为数据“Hello World2”存在于数组中（C/C++的所有数组空间都开辟在栈空间），所以，此数据存储于栈区，对它修改是没有任何问题的。因为指针变量p仅仅能够存储某个存储空间的地址（不能存放字符串，一般的地址占32位，4个字节，相当于int），数据“Hello World1”为字符串常量，所以存储在静态存储区。虽然通过p[2]可以访问到静态存储区中的第三个数据单元，即字符‘l’所在的存储的单元。但是因为数据“Hello World1”为字符串常量，不可以改变，所以在程序运行时，会报告内存错误。并且，如果此时对p和p1输出的时候会发现p和p1里面保存的地址是完全相同的。换句话说，在数据区只保留一份相同的数据。

例二：栈区与堆区

char *f1()
{
    char *p = NULL;
    char a;
    p = &a;

    return p;
}

char *f2()
{
    char *p = NULL;
    p = (char *)malloc(sizeof(char) * 4);

    return p;
}

这两个函数都是将某个存储空间的地址返回，二者有何区别呢？f1()函数虽然返回的是一个存储空间，但是此空间为临时空间。也就是说，此空间只有短暂的生命周期，它的生命周期在函数f1()调用结束时，也就失去了它的生命价值，即：此空间被释放掉。所以，当调用f1()函数时，如果程序中有下面的语句：

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

此时，编译并不会报告错误，但是在程序运行时，会发生异常错误。因为，你对不应该操作的内存（即，已经释放掉的存储空间）进行了操作。但是，相比之下，f2()函数不会有任何问题。因为，new这个命令是在堆中申请存储空间，一旦申请成功，除非你将其delete或者程序终结，这块内存将一直存在。也可以这样理解，堆内存是共享单元，能够被多个函数共同访问。如果你需要有多个数据返回却苦无办法，堆内存将是一个很好的选择。但是一定要避免下面的事情发生：

void f()
{
    ...
    char *p;
    p = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
    ...
}

这个程序做了一件很无意义并且会带来很大危害的事情。因为，虽然申请了堆内存，p保存了堆内存的首地址。但是，此变量是临时变量，当函数调用结束时p变量消失。也就是说，再也没有变量存储这块堆内存的首地址，我们将永远无法再使用那块堆内存了。

但是，这块堆内存却一直标识被你所使用（因为没有到程序结束，你也没有将其delete，所以这块堆内存一直被标识拥有者是当前您的程序），进而其他进程或程序无法使用。我们将这种不道德的“流氓行为”（我们不用，却也不让别人使用）称为内存泄漏。这是我们C++程序员的大忌！！请大家一定要避免这件事情的发生。

总之，对于堆区、栈区和静态存储区它们之间最大的不同在于，栈的生命周期很短暂。但是堆区和静态存储区的生命周期相当于与程序的生命同时存在（如果您不在程序运行中间将堆内存delete的话），我们将这种变量或数据称为全局变量或数据。但是，对于堆区的内存空间使用更加灵活，因为它允许你在不需要它的时候，随时将它释放掉，而静态存储区将一直存在于程序的整个生命周期中。

补充：C语言的malloc()函数和void类型指针