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基于C++內(nèi)存分配、函數(shù)調(diào)用與返回值的深入分析

更新時(shí)間：2013年05月28日 16:59:33 作者：

本篇文章是對C++中的內(nèi)存分配、函數(shù)調(diào)用與返回值進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友參考下

在談述函數(shù)調(diào)用和返回值問題之前，先來看看C++中內(nèi)存分配的問題。
C++編譯器將計(jì)算機(jī)內(nèi)存分為代碼區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，很顯然，代碼區(qū)就是存放程序代碼，而數(shù)據(jù)區(qū)則是存放程序編譯和執(zhí)行過程出現(xiàn)的變量和常量。數(shù)據(jù)區(qū)又分為靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)包括堆區(qū)和棧區(qū)。
以下是各個(gè)區(qū)的作用：
(1)代碼區(qū)：存放程序代碼；
(2)數(shù)據(jù)區(qū)
a.靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū): 在編譯器進(jìn)行編譯的時(shí)候就為該變量分配的內(nèi)存，存放在這個(gè)區(qū)的數(shù)據(jù)在程序全部執(zhí)行結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)釋放，生命周期貫穿于整個(gè)程序執(zhí)行過程。
b.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)：包括堆區(qū)和棧區(qū)
堆區(qū)：這部分存儲(chǔ)空間完全由程序員自己負(fù)責(zé)管理，它的分配和釋放都由程序員自己負(fù)責(zé)。這個(gè)區(qū)是唯一一個(gè)可以由程序員自己決定變量生存期的區(qū)間?？梢杂胢alloc,new申請對內(nèi)存，并通過free和delete釋放空間。如果程序員自己在堆區(qū)申請了空間，又忘記將這片內(nèi)存釋放掉，就會(huì)造成內(nèi)存泄露的問題，導(dǎo)致后面一直無法訪問這片存儲(chǔ)區(qū)域。
棧區(qū)：存放函數(shù)的形式參數(shù)和局部變量，由編譯器分配和自動(dòng)釋放，函數(shù)執(zhí)行完后，局部變量和形參占用的空間會(huì)自動(dòng)被釋放。效率比較高，但是分配的容量很有限。
注意:
1)全局變量以及靜態(tài)變量存放在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū);
2)注意常量的存放區(qū)域，通常情況下，常量存放在程序區(qū)(程序區(qū)是只讀的，因此任何修改常量的行為都是非法的)，而不是數(shù)據(jù)區(qū)。有的系統(tǒng)，也將部分常量分配到靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，比如字符串常量(有的系統(tǒng)也將其分配在程序區(qū))。但是要記住一點(diǎn)，常量所在的內(nèi)存空間都是受系統(tǒng)保護(hù)的，不能修改。對常量空間的修改將造成訪問內(nèi)存出錯(cuò)，一般系統(tǒng)都會(huì)提示。常量的生命周期一直到程序執(zhí)行結(jié)束為止。
在弄懂內(nèi)存分配的問題過后，來看看函數(shù)調(diào)用的過程：
執(zhí)行某個(gè)函數(shù)時(shí)，如果有參數(shù)，則在棧上為形式參數(shù)分配空間（如果是引用類型的參數(shù)則類外），繼續(xù)進(jìn)入到函數(shù)體內(nèi)部，如果遇到變量，則按情況為變量在不同的存儲(chǔ)區(qū)域分配空間（如果是static類型的變量，則是在進(jìn)行編譯的過程中已經(jīng)就分配了空間），函數(shù)內(nèi)的語句執(zhí)行完后，如果函數(shù)沒有返回值，則直接返回調(diào)用該函數(shù)的地方（即執(zhí)行遠(yuǎn)點(diǎn)），如果存在返回值，則先將返回值進(jìn)行拷貝傳回，再返回執(zhí)行遠(yuǎn)點(diǎn)，函數(shù)全部執(zhí)行完畢后，進(jìn)行退棧操作，將剛才函數(shù)內(nèi)部在棧上申請的內(nèi)存空間釋放掉。
下面通過幾個(gè)例子來談?wù)?FONT style="COLOR: #ff0000">內(nèi)存分配和函數(shù)返回值的問題：
內(nèi)存分配的問題：

復(fù)制代碼代碼如下:

int a=1;           a在棧區(qū)
char s[]="123";    s在棧區(qū)，“123”在棧區(qū)，其值可以被修改
char *s="123";     s在棧區(qū)，“123”在常量區(qū)，其值不能被修改
int *p=new int;    p在棧區(qū)，申請的空間在堆區(qū)（p指向的區(qū)域）
int *p=(int *)malloc(sizeof(int)); p在棧區(qū)，p指向的空間在堆區(qū)
static int b=0;    b在靜態(tài)區(qū)

1.test1

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
void test(int *p)
{
    int b=2;
    p=&b;
    cout<<p<<endl;
}
int main(void)
{
    int a=10;
    int *p=&a;
    cout<<p<<endl;
    test(p);
    cout<<p<<endl;
    return 0;
}

第一行輸出和第三行輸出的結(jié)果相同，而第一行、第三行與第二行輸出的結(jié)果不同。從這里可以看出，當(dāng)指針作為參數(shù)進(jìn)行傳遞時(shí)傳遞的也只是一個(gè)值，只不過該值只一個(gè)地址，因此對于形參的改變并不影響實(shí)參。
2.test2

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
char* test(void)
{
    char str[]="hello world!";
    return str;
}
int main(void)
{
    char *p;
    p=test();
    cout<<p<<endl;
    return 0;
}

輸出結(jié)果可能是hello world!,也可能是亂麻。
出現(xiàn)這種情況的原因在于：在test函數(shù)內(nèi)部聲明的str數(shù)組以及它的值"hello world”是在棧上保存的，當(dāng)用return將str的值返回時(shí)，將str的值拷貝一份傳回，當(dāng)test函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，會(huì)自動(dòng)釋放棧上的空間，即存放hello world的單元可能被重新寫入數(shù)據(jù)，因此雖然main函數(shù)中的指針p是指向存放hello world的單元，但是無法保證test函數(shù)執(zhí)行完后該存儲(chǔ)單元里面存放的還是hello world，所以打印出的結(jié)果有時(shí)候是hello world，有時(shí)候是亂麻。
3.test3

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
int test(void)
{
    int a=1;
    return a;
}
int main(void)
{
    int b;
    b=test();
    cout<<b<<endl;
    return 0;
}

輸出結(jié)果為 1
有人會(huì)問為什么這里傳回來的值可以正確打印出來，不是棧會(huì)被刷新內(nèi)容么？是的，確實(shí)，在test函數(shù)執(zhí)行完后，存放a值的單元是可能會(huì)被重寫，但是在函數(shù)執(zhí)行return時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)int型的零時(shí)變量，將a的值復(fù)制拷貝給該零時(shí)變量，因此返回后能夠得到正確的值，即使存放a值的單元被重寫數(shù)據(jù)，但是不會(huì)受到影響。
4.test4

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
char* test(void)
{
    char *p="hello world!";
    return p;
}
int main(void)
{
    char *str;
    str=test();
    cout<<str<<endl;
    return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果是 hello world!
同樣返回的是指針，為什么這里會(huì)正確地打印出hello world1？這是因?yàn)閏har *p="hello world!"，指針p是存放在棧上的，但是"hello world!”是一個(gè)常量字符串，因此存放在常量區(qū)，而常量區(qū)的變量的生存期與整個(gè)程序執(zhí)行的生命期是一樣的，因此在test函數(shù)執(zhí)行完后，str指向存放“hello world!”的單元，并且該單元里的內(nèi)容在程序沒有執(zhí)行完是不會(huì)被修改的，因此可以正確輸出結(jié)果。
5.test5

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
char* test(void)
{
    char *p=(char *)malloc(sizeof(char)*100);
    strcpy(p,"hello world");
    return p;
}
int main(void)
{
    char *str;
    str=test();
    cout<<str<<endl;
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果 hello world
這種情況下同樣可以輸出正確的結(jié)果，是因?yàn)槭怯胢alloc在堆上申請的空間，這部分空間是由程序員自己管理的，如果程序員沒有手動(dòng)釋放堆區(qū)的空間，那么存儲(chǔ)單元里的內(nèi)容是不會(huì)被重寫的，因此可以正確輸出結(jié)果。
6.test6

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
void test(void)
{
    char *p=(char *)malloc(sizeof(char)*100);
    strcpy(p,"hello world");
    free(p);
    if(p==NULL)
    {
        cout<<"NULL"<<endl;
    }
}
int main(void)
{
    test();
    return 0;
}

沒有輸出
在這里注意了，free()釋放的是指針指向的內(nèi)存！注意！釋放的是內(nèi)存，不是指針！這點(diǎn)非常非常重要！指針是一個(gè)變量，只有程序結(jié)束時(shí)才被銷毀。釋放了內(nèi)存空間后，原來指向這塊空間的指針還是存在！只不過現(xiàn)在指針指向的內(nèi)容的垃圾，是未定義的，所以說是垃圾。因此，釋放內(nèi)存后應(yīng)把把指針指向NULL，防止指針在后面不小心又被使用，造成無法估計(jì)的后果。

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