C++--------内存结构

C++内存结构

• 程序内存分区：
  • 栈区（Stack）：由编译器自动分配和释放，用于存放函数的参数值、局部变量等。其操作方式类似于数据结构中的栈，先进后出。例如，在函数调用时，函数内部的局部变量会被压入栈中，函数执行完毕后，这些变量会按照相反的顺序出栈释放。
  • 堆区（Heap）：这部分内存需要程序员手动分配和释放，通过malloc、new等函数来分配空间，使用free、delete等函数来释放空间。比如，当需要动态分配一个数组来存储不确定数量的数据时，就会在堆区进行操作。
  • 全局/静态存储区（Global/Static）：存放全局变量和静态变量。全局变量在整个程序生命周期内都存在，静态变量根据其定义（如函数内的静态变量）在相应的作用域内一直存在。
  • 常量存储区（Constant）：用于存放常量字符串等不可修改的数据。例如，const char* str = "Hello";中的"Hello"就存储在常量存储区。
• 内存地址和指针：内存中的每个字节都有一个唯一的地址，在C++中可以通过指针来访问这些地址。指针是一个变量，它存储了另一个变量的内存地址。例如，int* ptr;声明了一个可以指向int类型变量的指针，ptr = &var;将var的地址赋给ptr，然后可以通过*ptr来访问var所存储的值。

位、字节和字

• 位（Bit）：是计算机存储信息的最小单位，只有0和1两种状态。它用于表示二进制数中的一位。
• 字节（Byte）：通常由8个位组成，是计算机中常用的基本存储单位。可以表示一个字符（ASCII码）或者一个小范围的整数（0 - 255）等。例如，一个字节可以存储'A'（ASCII码值为65）这个字符。
• 字（Word）：字的长度因计算机体系结构而异，在16位计算机中，一个字是16位（2个字节）；在32位计算机中，一个字是32位（4个字节）；在64位计算机中，一个字是64位（8个字节）。它是CPU一次能处理的数据长度，用于提高数据处理效率。

二进制和十六进制的表现

• 二进制：以2为基数的计数系统，只有0和1两个数字。在C++中，二进制数可以用于位运算等操作。例如，int num = 0b1010;（C++ 14及以上支持这种二进制字面量的表示方法）定义了一个二进制数1010对应的十进制数为10的变量。
• 十六进制：以16为基数的计数系统，数字包括0 - 9和A - F（或a - f）。十六进制常用于表示内存地址或者二进制数据的紧凑形式，因为每一位十六进制数可以表示4位二进制数。例如，0xFF表示二进制的11111111，十进制的255。在C++中，可以用0x前缀来表示十六进制数，如int color = 0x00FF00;可能用于表示颜色值。

表示其他数据类型

• 整数类型：C++有多种整数类型，如char（通常1个字节）、short（通常2个字节）、int（通常4个字节）、long（在32位系统中通常4个字节，64位系统中通常8个字节）和long long（通常8个字节）。这些类型可以表示不同范围的整数，并且可以用不同的进制来初始化，如int decimal = 10;（十进制）、int octal = 012;（八进制，以0开头）、int hexadecimal = 0xA;（十六进制，以0x开头）。
• 浮点数类型：包括float（单精度浮点数，通常4个字节）和double（双精度浮点数，通常8个字节）。浮点数用于表示带有小数部分的数值，它们在内存中的存储格式遵循IEEE 754标准，以科学计数法的形式存储。例如，float num = 3.14f;（注意f后缀用于表示单精度浮点数）。
• 字符类型和字符串类型：char类型用于表示单个字符，如char ch = 'A';，而字符串可以用字符数组（如char str[] = "Hello";）或者string类（#include <string>，如std::string str = "World";）来表示。字符在内存中以ASCII码（或其他字符编码）的形式存储。

为变量分配内存

• 自动分配（栈区）：对于局部变量，当程序执行进入变量的作用域时，编译器会自动在栈区为其分配内存。例如，在函数void func() { int num = 5; }中，num是一个局部变量，当func函数被调用时，在栈区为num分配4个字节（假设int为4个字节）的内存空间来存储其值。
• 动态分配（堆区）：使用new关键字（C++）可以在堆区为变量分配内存。例如，int* ptr = new int;在堆区分配了一个int类型大小的内存空间，并将其地址存储在ptr指针中。对于数组，可以使用int* arr = new int[10];来分配一个包含10个int元素的数组。需要注意的是，使用new分配的内存必须使用delete（对于单个变量）或delete[]（对于数组）来释放，以避免内存泄漏。
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