程序分区模型（代码实例解析）

秒速五厘米 2022-09-12 04:55 133阅读 0赞

### 有没有那么一首歌 ###

*  分区模型
 *   *  栈区
     *   *  代码示例：
     *  堆区
     *   *  代码示例：
         *  堆分配内存API：
         *   *  calloc
             *  realloc
             *  示例代码：
     *  全局/静态区
     *   *  注意：
         *  关于静态全局变量与非静态全局变量的讨论：
         *  静态全局变量与非静态全局变量的使用说明
         *  代码示例：
 *  总结

# 分区模型 #

## 栈区 ##

由系统进行内存的管理。主要存放函数的参数以及局部变量。在函数完成执行，系统自行释放栈区内存，不需要用户管理。

### 代码示例： ###

char* func(){ 
    	char p[] = "hello world!"; 	//在栈区存储 乱码
    	printf("%s\n", p);
    	return p;
    }
    void test(){ 
    	char* p = NULL;
    	p = func();  
    	printf("%s\n",p); 
    }

结果第一次可以输出，第二次输出乱码  
![在这里插入图片描述][9ec68aaa530649faa296ee98ab6d0538.png]

## 堆区 ##

由编程人员手动申请，手动释放，若不手动释放，程序结束后由系统回收，生命周期是整个程序运行期间。使用malloc或者new进行堆的申请。

### 代码示例： ###

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<iostream>
    
    using namespace std;
    
    char* func() { 
    	char* str = (char*)malloc(100);
    	strcpy(str, "hello world!");
    	printf("%s\n", str);
    	return str;
    }
    
    void test01() { 
    	char* p = NULL;
    	p = func();
    	printf("%s\n", p);
    }
    
    void allocateSpace(char* p) { 
    	p = (char*)malloc(100);
    	strcpy(p, "hello world!");
    	printf("%s\n", p);
    }
    
    void test02() { 
    
    	char* p = NULL;
    	allocateSpace(p);
    
    	printf("%s\n", p);
    }
    
    int main()
    { 
    	test01();
    	test02();
    }

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 堆分配内存API： ###

#### calloc ####

#include <stdlib.h>
    void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

*  功能：  
    在内存动态存储区中分配nmemb块长度为size字节的连续区域。calloc自动将分配的内存 置0。
 *  参数：  
    `nmemb`：所需内存单元数量  
    `size`：每个内存单元的大小（单位：字节）
 *  返回值：  
    成功：分配空间的起始地址  
    失败：NULL

#### realloc ####

#include <stdlib.h>
    void *realloc(void *ptr, size_t size);

*  功能：  
    重新分配用malloc或者calloc函数在堆中分配内存空间的大小。  
    realloc不会自动清理增加的内存，需要手动清理，如果指定的地址后面有连续的空间，那么就会在已有地址基础上增加内存，如果指定的地址后面没有空间，那么realloc会重新分配新的连续内存，把旧内存的值拷贝到新内存，同时释放旧内存。
 *  参数：  
    `ptr`：为之前用malloc或者calloc分配的内存地址，如果此参数等于NULL，那么和realloc与malloc功能一致  
    `size`：为重新分配内存的大小, 单位：字节
 *  返回值：  
    成功：新分配的堆内存地址  
    失败：NULL

#### 示例代码： ####

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    
    void test01() { 
    
    	int* p1 = (int *)calloc(10, sizeof(int));
    	if (p1 == NULL) { 
    		return;
    	}
    	for (int i = 0; i < 10; i++) { 
    		p1[i] = i + 1;
    	}
    	for (int i = 0; i < 10; i++) { 
    		printf("%d ", p1[i]);
    	}
    	printf("\n");
    	free(p1);
    }
    
    void test02() { 
    	int* p1 = (int *)calloc(10, sizeof(int));
    	if (p1 == NULL) { 
    		return;
    	}
    	for (int i = 0; i < 10; i++) { 
    		p1[i] = i + 1;
    	}
    
    	int* p2 = (int *)realloc(p1, 15 * sizeof(int));
    	if (p2 == NULL) { 
    		return;
    	}
    
    	printf("P1=%d\n", p1);
    	printf("P2=%d\n", p2);
    
    	//打印
    	for (int i = 0; i < 15; i++) { 
    		printf("%d ", p2[i]);
    	}
    	printf("\n");
    
    	//重新赋值
    	for (int i = 0; i < 15; i++) { 
    		p2[i] = i + 1;
    	}
    
    	//再次打印
    	for (int i = 0; i < 15; i++) { 
    		printf("%d ", p2[i]);
    	}
    	printf("\n");
    
    	free(p2);
    }
    
    int main()
    { 
    	test01();
    	test02();
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

## 全局/静态区 ##

全局静态区内的变量在编译阶段已经分配好内存空间并初始化。

这块内存在程序运行期间一直存在,它主要存储全局变量、静态变量和常量。

例如：

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    
    int v1 = 10;		//全局/静态区
    const int v2 = 20;	//常量，一旦初始化，不可修改
    static int v3 = 20; //全局/静态区
    char *p1;			//全局/静态区，编译器默认初始化为NULL
    
    void test() { 
    	static int v4 = 20; //全局/静态区
    }
    int main()
    { 
    	test();
    	return 0;
    }

### 注意： ###

1.  这里不区分初始化和未初始化的数据区，是因为静态存储区内的变量若不显示初始化，则编译器会自动以默认的方式进行初始化，即静态存储区内不存在未初始化的变量。
2.  全局静态存储区内的常量分为常变量和字符串常量，一经初始化，不可修改。静态存储内的常变量是全局变量，与局部常变量不同，区别在于局部常变量存放于栈，实际可间接通过指针或者引用进行修改，而全局常变量存放于静态常量区则不可以间接修改。
3.  字符串常量存储在全局/静态存储区的常量区。

### 关于静态全局变量与非静态全局变量的讨论： ###

关于静态全局变量与非静态全局变量的讨论，内容过多，大家可以看下面一篇文章：  
[https://yangyongli.blog.csdn.net/article/details/120402589][https_yangyongli.blog.csdn.net_article_details_120402589]

### 静态全局变量与非静态全局变量的使用说明 ###

1.若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；

2.若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；

3.设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题，因为他们都放在静态数据存储区，全局可见；

4.如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量(这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数)

5.函数中必须要使用static变量情况:比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。

### 代码示例： ###

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    
    char* func() { 
    	static char arr[] = "hello world!"; //在静态区存储 可读可写
    	arr[2] = 'c';
    	const char* p = "hello world!"; //全局/静态区-字符串常量区 
    	//p[2] = 'c'; //只读，不可修改 
    	printf("%d\n", arr);
    	printf("%d\n", p);
    	printf("%s\n", arr);
    	return arr;
    }
    void test() { 
    	char* p = func();
    	printf("%s\n", p);
    }
    
    int main()
    { 
    	test();
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

# 总结 #

**数据区包括**：堆，栈，全局/静态存储区。  
**全局/静态存储区包括**：常量区，全局区、静态区。  
**常量区包括**：字符串常量区、常变量区。

**代码区**：存放程序编译后的二进制代码，不可寻址区。

可以说，C/C++内存分区其实只有两个，即**代码区和数据区**。

[9ec68aaa530649faa296ee98ab6d0538.png]: /images/20220828/a6480095354e417c9c6ea83a7508f988.png
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[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/c716a81f0cb447178fef10672a875117.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/d8a72a90c1b84820962e644e4aa8f1bb.png
[https_yangyongli.blog.csdn.net_article_details_120402589]: https://yangyongli.blog.csdn.net/article/details/120402589
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220828/7c874a71a1ec44b2a63bcff5cf76f41e.png