c++b

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Sep 17, 2024 10:58 AM
AI summary
C++内存管理包括静态全局变量、全局变量、静态局部变量和局部变量的区别，以及内存的五个区域：堆区、栈区、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。堆和栈在分配效率、碎片问题、生长方向和分配方式上有显著不同，堆支持动态分配但可能导致内存碎片，而栈则由编译器自动管理内存。
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1、静态全局变量、全局变量、静态局部变量、局部变量的区别
  • 静态全局变量、全局变量的区别
      • 静态全局变量和全局变量都存储在全局/静态存储区
      静态全局区只在本⽂件有效，不可extern到其他⽂件，⽽全局变量可以extern到别的⽂件中调⽤。
      如果别的⽂件中定义了⼀个和该全局变量相同的变量名，会报错。
  • 静态局部变量（⽐如函数内部的变量⽤ static 修饰）、局部变量的区别
      • 静态局部变量是属于常量区的，⽽函数内部的局部变量属于栈区；
      静态局部变量在该函数调⽤结束时，不会销毁，⽽是随整个程序结束⽽结束，但是别的函数调⽤不了该变量，局部变量随该函数的结束⽽结束；
      如果定义这两个变量的时候没有初始值时，静态局部变量会⾃动定义为0，⽽局部变量就是⼀个随机值；
      静态局部变量在编译期间只赋值⼀次，以后每次函数调⽤时，不在赋值，调⽤上次的函数调⽤结束时的值。局部变量在调⽤期 间，每调⽤⼀次，赋⼀次值。
  1. 在c++中，内存分为 5 个区，
      • 堆区heap：分配堆区内存也叫动态内存分配。程序在运⾏的时候使⽤  malloc  申请任意多少的内存，程序员⾃⼰负责在何时⽤  free  释放内存。动态内存的⽣命周期由程序员决定，使⽤⾮常灵活，但如果在堆上分配了空间，既有责任回收它，否则运⾏的程序会出现内存泄漏，频繁的分配和释放不同⼤⼩的堆空间将会产⽣内存碎⽚，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。
      • 栈区：在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元可以在栈上创建，函数执⾏结束时，这些内存单元会⾃动被释放。栈内存分配运算内       置于处理器的指令集，效率⾼，但是分配的内存容量有限。⾥⾯的变量通常是局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。由编译器⾃动分配释放。
      • ⾃由存储区：就是那些由 new/delete 等分配的内存块，他和堆是⼗分相似的，也是⽤户来申请释放内存。
      • 全局/静态存储区：内存在程序编译的时候已经分配好，这块内存在程序的整个运⾏期间都存在。例如全局变量，static静态全局变量。程序结束后由系统释放。
      • 常量存储区：存放常量、字符串、静态局部变量，程序结束后有系统释放。
          • 在所有函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪⾥都存放在全局区（静态区）,⽽且表⽰在该⽂件中有效，不能extern到别的⽂件⽤。在函数体内定义的static（静态局部变量）表⽰只在该函数体内有效。另外，函数中像 “adgfdf” 这样的字符串存放在常量存储区
  1. 堆与栈的关系和区别
      • 分配效率上。现代计算机有专门的寄存器指向栈所在的地址，有专门的机器指令（push，pop）完成数据入栈出栈的操作，这种机制 的特点是效率⾼，⽀持的数据有限，⼀般是整数，指针，浮点数等系统直接⽀持的数据类型，并不直接⽀持其他的数据结构。因为栈的这种特点，对栈的使用在程序中是非常频繁的。而堆的数据结构并不是由系统(无论是机器系统还是操作系统)⽀持的，而是由函数库提供的。基本的malloc/realloc/free 函数维护了⼀套内部的堆数据结构。从以上知识可知，栈是系统提供的功能，特点是快速⾼效，缺点是有限制，数据不灵活；⽽堆是函数库提供的功能，特点是灵活⽅便，数据适应面广泛，但是效率有⼀定降低。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是编译器完成的，比如自动变量(auto)的分配。动态分配由alloca函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动的)，也就没有释放函数。为可移植的程序起见，栈的动态分配操作是不被⿎励的！堆空间的分配总是动态的，虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统，但是精确的申请内存/ 释放内存匹配是良好程序的基本要素。
      • 碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete 或者 malloc/free 势必会造成内存空间的不连续，从⽽造成⼤量的碎⽚，使程序效率降低。 对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，以⾄于永远都不可能有⼀个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上⾯ 的后进的栈内容已经被弹出。
      • 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alloca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。
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