【C++】内存分区&引用

2023-10-26

内存分区:

首先我们要了解,内存区域大概分为四个区域:
1.代码区:这里主要存放我们写的代码的二进表达式,即CPU可以看懂的机械指令。这个区域有两个特征:只读和共享;前者可以保证代码的不会被随意修改;后者可以保证相同代码多次阅读不需要创建多个副本。
2.全局区:这里主要存放的是静态的变量、全局变量、常量等;这里的常量可以细分为字符串常量和全局常量,而局部常量(const修饰的在main函数内部的常变量)。

int a = 10;//全局变量
const int b = 10;//全局常量


int main()
{
	static int c = 10;//静态变量
	const int d = 10;//局部常量
	"abcedf";//字符串常量

上面的两个区都是在程序运行前就已经存在,而程序运行后才会涉及下面的两个区
3.栈区:栈区上面主要由编译器分配,开辟空间来存放函数的局部变量、形参等,在函数结束后会自动释放,生命周期由编译器决定。
4.堆区:堆区是由操作者自己开辟的空间,在程序结束后由操作系统统一回收。
这里关于在堆区开辟空间的概念,与我们在C语言中类似,在C语言中我们使用malloc函数来开辟堆区内存,而在C++中我们使用new关键字来开辟内存:

new关键字用法:

整型创建

首先我们来看一种简单的开辟:
我们要开辟一个int类型变量的空间,用new语句实现的结构如下:
在这里插入图片描述
写成代码形式就是:

int* p = new int(10);

类似于C语言中的:

int* p = (int)malloc(sizeof(int));
*p = 10;

类似的,用完也要对内存空间进行释放,这里C++用的是delete关键字:

delete p;
p = NULL;

一维数组创建

一维数组创建与整型差不多,结构上有细微的差别:

int* arr = new int[10];

它的int后面跟的不再是赋予初始值的”()“,而是"[]"。表示开辟的是数组的连续空间。中括号里面跟的就是数组的大小。
类似的,我们释放内存就要提示编译器,释放的是数组的内存空间;

delete [] arr;
arr = NULL;

二维数组创建

二维数组的创建就有点麻烦了,假设我们需要开辟一个5行3列的二维数组。
我们需要先创建一个二级指针来指向这个数组,然后开辟存放每一行的一维数组的首地址所需的内存空间;然后写一个循环结构:开辟每一行数组的空间;具体实现如下:

//用new创建二维数组
	const int M = 5, N = 3;
	int** qarr =NULL ;
	qarr = new int* [M];//开辟每一行一维数组的首地址的空间
	int flag = 0;
	for (int i = 0; i < M; i++)
	{
		qarr[i] = new int[N];//每一个一维数组里每一个元素都要开辟自己的空间
		for (int j = 0; j < N; j++)
		{
			qarr[i][j] = flag;
			flag++;
		}
	}
	for (int i = 0; i < M; i++)
	{
		for (int j = 0; j < N; j++)
			printf("%d ", qarr[i][j]);
		printf("\n");
	}
	for (int i = 0; i < M; i++)
		delete[]qarr[i];
	delete[]qarr;

对应的,因为我们是先开辟二维数组中每一行的一维数组的首地址空间,再开辟每一行中每一个元素的空间,所以我们释放的时候,应该先释放每一个数组中的每一个元素的空间,再释放存放一维数组首地址的内存空间

引用

引用可以理解为给变量起一个别名,例如你的名字和你的身份证号都是指的你;它与我们C语言中的typedef不同,它是为变量起别名;
它的一般结构是:

int a = 89;
int& b = a;

这里我们输出a和b,就会发现它们是一致的,都是再同一块内存上变化。

int main()
{
	int a = 89;
	int& b = a;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	a = 10;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	b = 78;
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

输出如下:
在这里插入图片描述

引用的注意事项:

1.引用不能在初始化前;我们可以理解为,你是先有名字,然后再去拿你的身份证,不可能先有你的身份证而没有你的名字;

2.一旦引用,引用对象就不能更改;这个可以简单理解为,你的身份证号就是你自己,不可能你的身份证号指的是别人;

3.引用不能作为函数返回值:因为引用本质就是函数使用时在栈区开辟的空间,一旦函数结束,那么开辟的变量空间也会被释放,所以即使你返回了这块空间的引用,但是本质上还是指向这块空间,一旦这块空间被释放,那么后续即使能访问指向的这块空间,但这是非法访问了!

int& func()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	return b;
}
int main()
{
	int &c = func();
	cout << c << endl;
	return 0;
}

4.引用可以作为左值: 这里 我们需要理解,引用是可以作为左值的,也就是说可以作为等号的左边,即它是可以被改变的。

int main()
{
	int a = 10;
	int &c = a;
	c = 100;
	cout << c << endl;
	return 0;
}

5.引用可以作为形参修饰实参:;我们知道,函数的局部变量会在函数结束生命周期结束,那么如果我们接收的形参是实参的引用呢?那么函数的形参和实参就可以理解为都是指向同一块内存的变量名,当改变形参(实参的引用),那么实参也会发生变化。

其实引用的实质就是一个指针常量!

若int &b=a;
那么以后看到b就等价于*a, 所以int &b=a就类似于 int *const b=&a;

6.常量引用: 有时侯,如果我们的函数参数选择引用来接收实参,那么我们可能会不经意修改了实参的内容,所以我们可以设计一种常量引用,这种方法可以保证引用不会被修改(感觉类似于const int* x,不能通过解引用来改变x的值);


void print(const int &c)
{
	//c=102;--非法操作,加了const的引用不能改
	cout << c << endl;
}

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	const int& d = a;
	print(a);
	b = 100;//引用可以改
	cout << b << endl;
	a = 101;//变量可以改
	cout << a << endl;
	//d = 103;--非法操作,加了const的引用不能改
	return 0;
}

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