从一个微型例子看“C/C++的内存分配机制”和“数组变量名与指针变量名”（转）

C++的内存有五大分区：堆区、栈区、自由存储区、全局/静态存储区、常量存储区。

　　　　　五个数据段：数据段、代码段、BSS段、堆、栈

内存分配方式有三种：

1. 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
2. 在栈上创建。 在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 这个大小在linux上可以使用：ulimit -a | grep stack 来查看
3. 从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。

 
#include <iostream>
using namespace std;
char * GetMemory(void){
    //p_arr是个数组的起始地址，这个数组的内容是存放在栈上面的。另外，非常值得一
    //提的是：系统没有为p_arr单独分配一个指针变量用来存放数组p_arr的起始地址。 
    char p_arr[] = "p_arr : hello world";

    //p_heap是一个指针变量，这个指针变量存在于栈上面，指针变量的值是指向的由
    //malloc分配得到的堆上的内存空间的起始地址。
    char *p_heap=(char *)malloc(sizeof(char)*20);

    //ptr是一个指针变量，这个指针变量存在于栈上面，指针变量的值是指向的后面字符
    //串的起始地址，这个字符串是常量，是存在于静态存储区域的，不是在栈上，也不是
    //在堆上。
    char *ptr = "ptr : hello world";

    strcpy(p_heap,"p_heap: hello world");
    printf("%08X\n",p_arr);
    printf("%08X\n",&p_arr);
    printf("%08X\n",p_heap);
    printf("%08X\n",&p_heap);
    printf("%08X\n",ptr);
    printf("%08X\n",&ptr);
    puts(p_arr);
    puts(ptr);
    puts(p_heap);
    //return p_arr;
    return ptr;
}
int main(){
    char * str=NULL;
    str = GetMemory();
    printf("%08X\n",str);
    printf("%08X\n",&str);
    puts(str);
    return 0;
}

 

上面程序输出的结果是：

DC726BF0 

DC726BF0

0EB29010

DC726BE8

004009D8

DC726BE0

p_arr : hello world

ptr : hello world

p_heap: hello world

004009D8

DC726C28

ptr : hello world

 

这里面8有8行关于地址的输出，分别描述如下：

• DC726BF0这个地址是栈上面的，函数退出后，这块地址空间就废弃了。
• DC726BF0是栈上面的地址，之所以和上面一样，是因为栈上并没有分配一个单元用来存放数组指针，这个是使用char []和char * 的最根本的区别。
• 0EB29010这个地址是在堆上面的，直到delete才会释放掉这块内存。
• DC726BE8是栈上面的地址，用来存放指针变量p_heap的单元，p_heap的值就是上面堆上内存的地址。
• 004009D8这个地址是静态存储区的，函数退出后不会清除掉
• DC726BE0栈上面的地址，用来存放指针变量ptr的单元，ptr的值就是上面静态的存储区地址
• 004009D8这个是由函数返回的地址，就是上面静态存储区的地址
• DC726C28这个地址是main函数局部变量的存放地址，位置要比栈上的位置低

从这个例子上也可以看出，栈的地址空间、堆的地址空间、静态存储空间、main函数的局部地址空间的关系，地址位置从高到低关系如下：

栈-->main函数局部变量地址-->堆-->静态变量地址

可以看出来，静态地址最低，然后依次是：堆、main、栈。

另外的，还有一个“先声明的变量时在高地址区还是在低地址区”的问题，这个问题要看栈怎么生长的了，如果栈底在高内存，向低地址生长，自然先声明的变量在高地址。例如：在linux中，栈底就是在高地址的，所以后面声明的变量地址就是低地址。此外，在堆上的地址一般是从低到高的。下面的例子可以清晰的看出这两种情况。

 
#include <iostream>
class c1
{
    public:
        int number;
};
main()
{
    int a =3;
    int b =4;
    printf("addr of a on stack: 0x%X\n",&a);
    printf("addr of b on stack: 0x%X\n",&b);
    c1 * c=new c1();
    c1 * d=new c1();
    int * e =new int(100);
    printf("addr of c on stack: 0x%X--0x%X(on heap)\n",&c,c);
    printf("addr of d on stack: 0x%X--0x%X(on heap)\n",&d,d);
} 
 

以上代码的输出：

addr of a on stack: 0x26F8A744

addr of b on stack: 0x26F8A740

addr of c on stack: 0x26F8A738--0xE7F1010(on heap)

addr of d on stack: 0x26F8A730--0xE7F1030(on heap)

对于上面的输出解释如下：

• a,b是位于main函数栈上的变量，他们地址的增长方向是从高到低的。另外，也请注意a和b的地址相差的距离是4个字节（虽然是64位机器和OS，但是int占用的空间还是32位）
• c,d是位于main函数栈上的指针变量，同样是从高到低增长。这次要注意，他们相差的距离是8个字节（因为是c和d都是指针变量，要能够存下64位地址长度的数据）
• 最后，要注意c和d指向的结构都位于堆上，这次他们地址的增长方向就是从低到高（从0xE7F1010到0xE7F1030）了。

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