C++深入浅出讲解内存四区与new关键字的使用

深入浅出：内存四区与new关键字的使用

在C++语言中，内存可以分为四个区域：栈区、堆区、全局区和代码区。了解这些区域对于编写高效的C++程序至关重要。此外，通过使用new关键字可以在程序运行期间动态分配内存，这也是一个非常重要的概念。接下来我们将详细介绍这些概念及其使用。

内存四区

栈区

栈区是由操作系统自动分配和释放的内存空间，用于存储局部变量和函数参数等信息。栈区是一块连续的内存区域，每个函数都有自己的栈帧，用于存储本地变量和函数参数。一旦函数退出，则其栈帧将被销毁，并且其栈帧中的本地变量也将被释放。

以下是一个展示栈区使用情况的示例代码：

#include <iostream>

void func(int n);

int main() {
    int a = 5;
    func(a);
    return 0;
}

void func(int n) {
    int b = 10;
    std::cout << "a = " << n << ", b = " << b << std::endl;
}

在此示例中，main函数定义了整型变量a，并将其传递给名为func的函数。在func函数中，我们定义了一个本地整型变量b，并对其进行初始化。在最后，我们将a和b的值输出到控制台。这里变量a和n都是存储在栈区中的。变量b也是存储在栈区中的，但是它的生命周期仅限于函数func的执行过程中。

堆区

堆区是由程序员手动分配和释放的内存空间，用于存储程序运行期间动态分配的数据结构。堆区是一块不连续的内存区域。在堆区中分配的内存需要手动释放，否则就会发生内存泄漏的情况。在C++中，通过使用new和delete关键字来进行动态内存管理。

以下是一个展示堆区使用情况的示例代码：

#include <iostream>

int main() {
    int *arr = new int[10];
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i;
    }
    for (int i = 9; i >=0 ; i--) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    delete[] arr;
    return 0;
}

在此示例中，我们分配了一个具有10个元素的整数数组。之后我们赋值并打印数组的所有元素。最后，我们使用delete[]关键字释放堆区中的内存。请注意，释放内存的时候，必须使用delete[]， 而不是delete来释放堆区中的数组，因为new表达式中使用了[]。

全局区

全局区是用于存储全局变量和静态变量的一块内存空间。全局变量和静态变量具有程序运行期间的整个生命周期。全局区在程序开始运行时由操作系统自动分配，并在程序结束时自动释放。

以下是一个展示全局区使用情况的示例代码：

#include <iostream>

int global_var = 10;

void func() {
    static int static_var = 20;
    std::cout << "global_var = " << global_var << std::endl;
    std::cout << "static_var = " << static_var << std::endl;
    global_var++;
    static_var++;
}

int main() {
    func();
    func();
    func();
    return 0;
}

在此示例中，我们创建了一个全局变量global_var和一个静态局部变量static_var。在func函数中，我们打印了这两个变量的值，并自增了这些变量。运行程序会发现global_var在三次调用func函数后自增了三次，而static_var在三次调用中自增了三次。同时，全局变量可以在func函数中访问到。

代码区

代码区是用于存储程序的指令与函数的一块内存空间。代码区在程序开始运行时由操作系统自动分配，并在程序结束时自动释放。代码区是只读的，不可直接修改，且分配在静态存储区中。

new关键字

在C++中，可以使用new关键字来在堆区动态分配内存。程序员需要手动分配和释放的内存一般都由new和delete关键字来进行内存管理。new表达式返回的是一个指向新分配的内存空间的指针。

以下是一个使用new和delete关键字来动态分配和释放内存的示例代码：

#include <iostream>

class MyClass {
   public:
    void do_something() {
        std::cout << "Doing something..." << std::endl;
    }
    ~MyClass() {
        std::cout << "Destructor called!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyClass *p = new MyClass();
    p->do_something();
    delete p;
    return 0;
}

在此示例中，我们通过使用new关键字在堆区动态分配了一个MyClass类的实例，并返回指向该实例的指针。指针p指向新分配的内存。接着我们调用了do_something成员函数，最后使用delete关键字释放存储在堆区中的实例。

另外，在使用new关键字时，一定要注意不要重复释放已经释放过的内存，否则会导致程序崩溃的情况。

结论

在C++中，正确且高效地使用内存对于编写高质量的程序至关重要。程序员需要充分理解四种内存区域及其使用方法。此外，动态内存分配也是C++中非常重要的概念，可以使用new和delete关键字来在运行期间动态地管理内存。熟练掌握这些概念将帮助程序员编写出更加高效和可维护的C++程序。