C++ 第三章 内存分配方式及指针

一 c++内存分配方式

在c++中,内存分配为5个区,分别为栈,堆,自由存储区,静态数据区,常量存储区. ,存储单元自动被释放,里面的变量通常是局部变量、函数参数等。

  • ,就是那些由 new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就要对应一个 delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。堆可以动态地扩展和收缩。
  • 自由存储区,就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free 来结束自己的生命的
  • 全局/静态存储区,全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的 C 语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的(初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量与静态变量在相邻的另一块区域,同时未被初始化的对象存储区可以通过 void*来访问和操纵,程序结束后由系统自行释放),在 C++ 里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。
  • 常量存储区,这是一块比较特殊的存储区,他们里面存放的是常量,不允许修改(当然,你要通过非正当手段也可以修改,而且方法很多)

二 堆和栈究竟有什么区别?

主要的区别由以下几点:

  • 管理方式不同
  • 空间大小不同
  • 能否产生碎片不同
  • 生长方向不同
  • 分配方式不同
  • 分配效率不同

  • 管理方式: 对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生内存泄露.

  • 空间大小:堆内存空间大小基本无限制,栈的申请内存在1M左右
  • 碎片问题:堆上的内存分配是不连续的,每次newdelete会导致空间的不连续,而栈结构是先进后出不会有这种结果。
  • 生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。
  • 分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由 malloc 函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。
  • 分配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。堆则是 C/C++ 函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。

三 指针 引用 值

定义

  • 指针定义: int * p;
  • 定义变量: int p;
  • 定义引用:
int p=p;int a=6; int b; //指针
b=&a; //地址传递
cout<<&a<<endl; //地址0034FBBC
cout<<a<<endl; //值 6
cout<<b<<endl; //地址0034FBBC
cout<<b<<endl;//值 6
cout<<(b==&a)<<endl; //true 地址相同
b=7; //更改指针指向的空间的值
cout<<a<<endl; //值 7
cout<<b<<endl;//值 7
int &c= a; //定义引用
cout<<c<<endl;//值7
cout<<&c<<endl; //地址0034FBBC
int d=0; b=&d;
cout<<*b<<endl;//值0
cout<<b<<endl; //地址0038FBC0

引用与指针区别

  • 引用必须在定义时初始化,指针可以先声明后初始化。
  • 引用不能有NULL引用,指针可以为NULL
  • 引用一定初始化不能再指向其他对象,而指针可以改变所指对象。
  • 引用不占内存,只是变量的一个别名,指针会在栈区开辟一个4byte的内存区。

图示指针内存分布:

image

c++ 传值,传址,传引用

void swap(int a,int b);
void swap2(int &amp;x,int &amp;y);
void swap3(int*  a,int* b);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

    int a=1,b=2;
    swap(a,b); //传值 ,参数为值拷贝,外部变量不会改变值
    cout<<a<<endl; //1
    cout<<b<<endl;//2
    int &amp;m= a;
    int  &amp;n = b;
    swap2(m,n); //传引用,值改变
    cout<<a<<endl; //2
    cout<<b<<endl; //1
    int *k= &amp;a;
    int  *j = &amp;b;
    swap3(k,j);//传指针,值改变
    cout<<a<<endl;//1
    cout<<b<<endl;//2

    return 0;
}

void swap(int a,int b){
    int temp = a;
    a = b;
    b=a;
}
void swap2(int &amp;x,int &amp;y)
{
    int temp;
    temp=x;
    x=y;
    y=temp;
}
void swap3(int*  a,int* b){
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

java的传值,传引用

public class Test {

    /**
     * @param ss
     */
    public static void main(String[] ss) {
        int a = 1;
        int b = 2;
        change(a, b);
        System.out.println(a);//1
        System.out.println(b);//2

        String m = new String("m");
        String n = new String("n");
        change2(m, n);
        System.out.println(m);//m
        System.out.println(n);//n
    }

    private static void change2(String pa1, String pa2) {
        String temp = pa1;
        pa1= pa2;
        pa2= temp;
    }

    private static void change(int a, int b) {
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
}

java的传值传引用都不会改变,交换两个引用参数不变原因如下:

image

m,n为外部变量new之后在堆区产生两个内存区。chang2方法所做的是复制引用,将复制的引用指向对象改变了,外部变量m,n却没有发生指向改变.

四 c++常见内存错误

  • 内存分配未成功,却使用了它 ,解决方法是使用内存之前是检测一下指针是否为NULL
t = (struct btree *)malloc(sizeof(struct btree));
if (t == NULL) {
    printf("内存分配失败!\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
  • 没有初始化的概念
  • 误认为内存的缺省初值全为0,导致引用初值错误 ,java的会基本数据类型成员发生会初始化对应的值。
  • 忘记释放内存,导致内存泄漏
  • 含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始的时候,系统内存充足,你看不到错误。终有一次程序突然死掉,系统出现提示:内存耗尽 动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc和free的使用次数一定要相同,否则肯定有错误
  • 释放了内存却继续使用它 程序中的对象调用关系过于复杂,实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存,此时应该重新设计数据结构,从根本上解决对象管理的混乱局面
  • 函数的reture语句写错了,注意不要返回指向"栈内存"的“指针”或者“引用”,因为该内存在函数体结束时被自动销毁
// ConsoleApplication2.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "vld.h"
#include "Student.h"
#include <iostream>
using namespace std;

Student* func3();

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Student*  dss = func3();
    cout<<(dss==NULL)<<endl;  delete dss;//指针ptr指向了一个可能已经无效的地址,危险
    return 0;
}

Student* func3()
{
    Student my;        //对象my存放在桟上,退出函数体以后改地址就可能无效了。  Student* ptr = &amp;my;   //指针ptr指向了一个可能已经无效的地址,危险。  //cout<<ptr<<endl;
    return ptr;
}
  • 使用freedelete释放了内存后,没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针” 规则
  • mallocnew申请内存之后,应该立即检查指针是否为NULL。防止使用指针为NULL的内存
  • 不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用
  • 避免数组或者指针的下标越界,特别要当心发生“多1”或者“少1”的操作
  • 动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏
  • freedelete释放内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产生“野指针”