C++学习笔记（十四）——分区存储

一、 分区存储

分区存储的作用：
程序运行时内存的不同区域，不同的数据类型会存储在不同的存储区。

C++ 的内存通常分为以下四个区域：

C++ 内存分区示意图：

+---------------------+
|  代码区（Code）    |  存储函数代码
+---------------------+
|  全局/静态区（Data）|  存储全局变量 & 静态变量
+---------------------+
|  堆区（Heap）      |  动态分配的对象，需手动释放
+---------------------+
|  栈区（Stack）     |  存储局部变量 & 函数参数
+---------------------+

二、代码区（Code Segment）

作用：
存储 程序的机器代码（可执行指令），通常是只读的，防止修改代码本身。

存储内容如下：

• 函数的代码（包括 main() 和用户自定义函数）。
• 只读的常量数据（某些编译器优化可能放到常量区）。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void func() 
{
    cout << "Hello, Code Segment!" << endl;
}

int main() {
    func();

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• func() 的 函数代码存储在代码区，不可修改。

三、 全局/静态区（Data Segment）

作用：

• 存储全局变量、静态变量、常量，程序启动时分配，程序结束时释放。
• 数据生命周期贯穿整个程序，不会被自动销毁。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

// 全局变量
int globalVar = 100;

void demo() 
{
    // 静态变量
    static int staticVar = 50;
    cout << "staticVar = " << staticVar << endl;
    staticVar++;
}

int main() {
    cout << "globalVar = " << globalVar << endl;
    demo();
    demo();  // 静态变量的值不会丢失
    

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• globalVar 存储在全局区，整个程序可访问。
• staticVar 存储在静态区，函数 demo() 多次调用不会重新初始化（静态变量只能初始化一次）。

四、 栈区（Stack Segment）

作用：

• 存储局部变量、函数参数、返回地址，由编译器自动管理。
• 采用 后进先出（LIFO） 方式：
  • 函数调用时，为局部变量和参数分配内存。
  • 函数返回时，释放该函数的栈内存。
• 占用内存小，但管理效率高。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void stackDemo(int n) 
{
    int localVar = n;
    cout << "局部变量 localVar = " << localVar << endl;
}

int main() {
    stackDemo(10);

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• localVar 是局部变量，存储在栈区。
• 函数结束后，局部变量会被自动释放。

栈区问题：

• 栈溢出（Stack Overflow）：递归调用过深会导致栈溢出。
• 局部变量作用域有限：超出作用域后自动释放。

五、 堆区（Heap Segment）

作用：

• 通过 new 或 malloc 动态分配内存，手动释放。
• 灵活管理内存，适用于大对象或运行时不确定的数据。
• 需要 delete 或 free() 释放内存，否则会导致内存泄漏。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int* p = new int(10);  // 在堆区分配一个 int
    cout << "堆区变量的值: " << *p << endl;

    delete p;  // 释放内存

    system("pause");
    return 0;
}

*注意：

• new int(10) 在堆区分配一个 int 变量（其值为10），返回指针 p。
• 使用 delete 释放内存，否则会导致内存泄漏。

六、内存分配与释放

（1） malloc/free vs new/delete

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1、使用 new/delete
    int* p1 = new int(10);  // 分配一个 int
    cout << "*p1 = " << *p1 << endl;
    delete p1;  // 释放

    // 2、使用 malloc/free
    int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));  // 分配内存
    *p2 = 10;
    cout << "*p2 = " << *p2 << endl;
    free(p2);  // 释放

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
推荐在 C++ 中使用 new/delete，因为：

• 支持对象的构造与析构
• 无需手动转换类型

（2） 内存泄漏与 delete

描述：
内存泄漏：未释放堆区内存，导致程序占用内存不断增长。

示例——内存泄漏：

#include <iostream>
using namespace std;

void leak() 
{
    int* p = new int(100);  // 动态分配
    // 错误 没有 delete，导致内存泄漏
}

int main() {
    leak();

    system("pause");
    return 0;
}

示例——解决方法：

#include <iostream>
using namespace std;

void noLeak()
{
    int* p = new int(100);
    delete p;  // 释放内存
}

int main() {
    noLeak();

    system("pause");
    return 0;
}