C++ 字符串指針與字符串數組

在作面試100題中第21題時，發現char *astr="abcdefghijk\0";和char astr[]={"abcdefghijk"};有點區別，之前一直覺得是同樣的，可是在該程序中採用字符串指針運行一直出錯。後來在網上查查，果真發現大大的不一樣。

展現如何出錯

分析：當你須要修改字符串時，採用指針指向該字符串編譯經過可是運行出錯，而採用字符串數組時不會出現這樣的問題。咱們知道計算機有堆棧空間供編程人員使用，第一行，astr爲棧上分配的一個指針，而右邊在堆上分配的字符串常量，常量是不能修改的，若是修改會報錯。而第二行均爲棧上分配的，分配一個指針，和一個11字節的內存，均可以修改。

實驗驗證：咱們利用一段程序來驗證上述分析是否正確。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
c3 = "abc";
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}

運行結果爲：
2293628 4199056 abc
2293624 2293624 abc
2293620 4199056 abc

從結果中咱們知道，指針c1的地址和c1指向的字符串地址相差很遠，不在一塊兒，而第二行指針c2的地址和c2指向的字符串地址很近，說明在一塊兒，c3同理分析。由此咱們推斷出兩條信息：

一、  低位的內存是供棧使用，高位的內存是供堆使用。

二、  以前分析是正確的，c2數組和內存都在棧上，而c1指向的字符串是在堆上，而且該字符串是常量，由於c1和c3指向的字符串地址相同。

原理：接下來整理參考文獻介紹的知識。

一、預備知識-程序的內存分配

一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分爲如下幾個部分：
1.一、棧區（stack）-由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。
1.二、堆區（heap）-通常由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表。

1.三、全局區（靜態區）（static）-全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。程序結束後由系統釋放。
1.四、文字常量區-常量字符串就是放在這裏的。程序結束後由系統釋放。
1.五、程序代碼區(該段代碼詳細講述分配的堆棧，十分有用)

//main.cpp
int a=0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區
main()
{
int b;棧
char s[]="abc"; //棧
char *p2; //棧
char *p3="123456"; //123456\0在常量區，p3在棧上。
static int c=0； //全局（靜態）初始化區
p1 = (char*)malloc(10);
p2 = (char*)malloc(20); //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
strcpy(p1,"123456"); //123456\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所向"123456"優化成一個地方。
}

二、堆和棧的理論知識
2.一、申請方式
stack:
由系統自動分配。例如，聲明在函數中一個局部變量int b;系統自動在棧中爲b開闢空間
heap:
須要程序員本身申請，並指明大小，在c中malloc函數，如p1=(char*)malloc(10);
在C++中用new運算符，如p2=(char*)malloc(10);
可是注意p一、p2指針自己是在棧中的。
2.二、申請後系統的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。
堆：首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，
會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。
2.三、申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也有的說是1M，總之是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小。
堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是因爲系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。
2.四、申請效率的比較：
棧:由系統自動分配，速度較快。但程序員是沒法控制的。
堆:是由new分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.

Tip：在WINDOWS下，最好的方式是用Virtual Alloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧,而是直接在進程的地址空間中保留一塊內存，雖然用起來最不方便。可是速度快，也最靈活。
2.五、堆和棧中的存儲內容
棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。
堆：通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。
2.六、存取效率的比較
char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就肯定的；
可是，在之後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。
好比：
#include
voidmain()
{
char a=1;
char c[]="1234567890";
char *p="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
對應的彙編代碼
10:a=c[1];
004010678A4DF1 mov cl, byte ptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFC mov byte ptr[ebp-4], cl
11:a=p[1];
0040106D8B55EC mov edx, dword ptr [ebp-14h]
004010708A4201 mov al, byte ptr[edx+1]
004010738845FC mov byte ptr[ebp-4], al
第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據edx讀取字符，顯然慢了。

2.七、小結：
堆和棧的區別能夠用以下的比喻來看出：
使用棧就象咱們去飯館裏吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，沒必要理會切菜、洗菜等準備工做和洗碗、刷鍋等掃尾工做，他的好處是快捷，可是自由度小。
使用堆就象是本身動手作喜歡吃的菜餚，比較麻煩，可是比較符合本身的口味，並且自由度大。

 

擴展原文獻最後的總結

此外，若是char *as=new char[11]，此時表示as在棧上分配一字節指針，而右邊在堆上分配11字節的地址，而後strcpy(as,"abcdefghijk");編譯經過不能正確運行。

#include <iostream>
using namespace std;

main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
// *c3 = "abc" //error
strcpy(c3,"abc");
c3[0] = 'g';
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}

寫成註釋那樣，後面改動就會崩潰
可見strcpy(c3,"abc");abc是另外一塊地方分配的，並且能夠改變，和上面的參考文檔說法有些不必定。

說明：以上是原文的例子和解釋。我以爲有些問題須要提到。首先，註釋那寫法就不對，右邊是個字符串，左邊是個指向char的指針，不該該這樣賦值，能夠爲該指針賦予一個char，或者該指針指向數組，即c3 = "abc"。至於最後一句「abc是另外一塊地方分配的，並且能夠改變，和上面的參考文檔說法有些不必定」，這句話後半句贊成，由於我也感受1.5小節最後一行代碼註釋有問題。由於你malloc了就分配一個內存，這個內存由c3指向，若是你寫成c3 = "abc"又讓c3指向」abc」，這樣會形成內存泄露。而那句話前半句 「abc是另外一塊地方分配的」這個不一樣意，由於字面值常量仍是沒變，全部是同一個內存，只是把該字面值常量的內存copy給c3指向的內存塊。以上只爲我的想法，若有錯誤請指正。