淺談C++中內存分配、函數調用和返回值問題

 在談述函數調用和返回值問題以前，先來看看C++中內存分配的問題。

C++編譯器將計算機內存分爲代碼區和數據區，很顯然，代碼區就是存放程序代碼，而數據區則是存放程序編譯和執行過程出現的變量和常量。數據區又分爲靜態數據區、動態數據區，動態數據區包括堆區和棧區。

如下是各個區的做用：

(1)代碼區：存放程序代碼；

(2)數據區

   a.靜態數據區: 在編譯器進行編譯的時候就爲該變量分配的內存，存放在這個區的數據在程序所有執行結束後系統自動釋放，生命週期貫穿於整個程序執行過程。

   b.動態數據區：包括堆區和棧區

    堆區：這部分存儲空間徹底由程序員本身負責管理，它的分配和釋放都由程序員本身負責。這個區是惟一一個能夠由程序員本身決定變量生存期的區間。能夠用malloc,new申請對內存，並經過free和delete釋放空間。若是程序員本身在堆區申請了空間，又忘記將這片內存釋放掉，就會形成內存泄露的問題，致使後面一直沒法訪問這片存儲區域。

    棧區：存放函數的形式參數和局部變量，由編譯器分配和自動釋放，函數執行完後，局部變量和形參佔用的空間會自動被釋放。效率比較高，可是分配的容量頗有限。

 

注意:1)全局變量以及靜態變量存放在靜態數據區;

    2)注意常量的存放區域，一般狀況下，常量存放在程序區(程序區是隻讀的，所以任何修改常量的行爲都是非法的)，而不是數據區。有的系統，也將部分常量分配到靜態數據區，好比字符串常量(有的系統也將其分配在程序區)。可是要記住一點，常量所在的內存空間都是受系統保護的，不能修改。對常量空間的修改將形成訪問內存出錯，通常系統都會提示。常量的生命週期一直到程序執行結束爲止。

   在弄懂內存分配的問題事後，來看看函數調用的過程：

執行某個函數時，若是有參數，則在棧上爲形式參數分配空間（若是是引用類型的參數則類外），繼續進入到函數體內部，若是遇到變量，則按狀況爲變量在不一樣的存儲區域分配空間（若是是static類型的變量，則是在進行編譯的過程當中已經就分配了空間），函數內的語句執行完後，若是函數沒有返回值，則直接返回調用該函數的地方（即執行遠點），若是存在返回值，則先將返回值進行拷貝傳回，再返回執行遠點，函數所有執行完畢後，進行退棧操做，將剛纔函數內部在棧上申請的內存空間釋放掉。

 

下面經過幾個例子來談談內存分配和函數返回值的問題：

內存分配的問題：

int a=1;           a在棧區

char s[]="123";    s在棧區，「123」在棧區，其值能夠被修改

char *s="123";     s在棧區，「123」在常量區，其值不能被修改

int *p=new int;    p在棧區，申請的空間在堆區（p指向的區域）

int *p=(int *)malloc(sizeof(int)); p在棧區，p指向的空間在堆區

static int b=0;    b在靜態區

 

1.test1 

#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果相同，而第一行、第三行與第二行輸出的結果不一樣。從這裏能夠看出，當指針做爲參數進行傳遞時傳遞的也只是一個值，只不過該值只一個地址，所以對於形參的改變並不影響實參。

2.test2

#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;
}

 

輸出結果多是hello world!,也多是亂麻。

出現這種狀況的緣由在於：在test函數內部聲明的str數組以及它的值"hello world」是在棧上保存的，當用return將str的值返回時，將str的值拷貝一份傳回，當test函數執行結束後，會自動釋放棧上的空間，即存放hello world的單元可能被從新寫入數據，所以雖然main函數中的指針p是指向存放hello world的單元，可是沒法保證test函數執行完後該存儲單元裏面存放的仍是hello world，因此打印出的結果有時候是hello world，有時候是亂麻。

3.test3  

#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;
}

輸出結果爲 1

有人會問爲何這裏傳回來的值能夠正確打印出來，不是棧會被刷新內容麼？是的，確實，在test函數執行完後，存放a值的單元是可能會被重寫，可是在函數執行return時，會建立一個int型的零時變量，將a的值複製拷貝給該零時變量，所以返回後可以獲得正確的值，即便存放a值的單元被重寫數據，可是不會受到影響。

4.test4

#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;
}

執行結果是 hello world!

一樣返回的是指針，爲何這裏會正確地打印出hello world1？這是由於char *p="hello world!"，指針p是存放在棧上的，可是"hello world!」是一個常量字符串，所以存放在常量區，而常量區的變量的生存期與整個程序執行的生命期是同樣的，所以在test函數執行完後，str指向存放「hello world!」的單元，而且該單元裏的內容在程序沒有執行完是不會被修改的，所以能夠正確輸出結果。

5.test5

#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;
}

運行結果 hello world

這種狀況下一樣能夠輸出正確的結果，是由於是用malloc在堆上申請的空間，這部分空間是由程序員本身管理的，若是程序員沒有手動釋放堆區的空間，那麼存儲單元裏的內容是不會被重寫的，所以能夠正確輸出結果。

6.test6

#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

在這裏注意了，free()釋放的是指針指向的內存！注意！釋放的是內存，不是指針！這點很是很是重 要！指針是一個變量，只有程序結束時才被銷燬。釋放了內存空間後，原來指向這塊空間的指針仍是存在！只不過如今指針指向的內容的垃圾，是未定義的，因此說是垃圾。所以，釋放內存後應把把指針指向NULL，防止指針在後面不當心又被使用，形成沒法估計的後果。

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