C/C++記憶體儲存

 

      C/C++記憶體儲存問題是筆試中必須掌握的。先看下面的程式：

#include <stdio.h>
#include "string.h"
#include "malloc.h"

void Swap(int a,int b)
{
int temp;
    temp=a;
    a=b;
    b=temp;
}

int Get_Int(int a)
{
int i=1+a;
return i;
}

char* Get_Memory0()
{
char* p=(char*)malloc(sizeof(char)* 20);
    strcpy(p,"hello world");
return p;
}

char* Get_Memory1()
{
char* p="hello world";
return p;
}


char* Get_Memory2()
{
char p[]="hello world";
return p;
}

void main()
{
int x=4,y=3;
    Swap(x,y);
int z=x-y;
    printf("z=%d\n",z);

    z=Get_Int(z);
    printf("z=%d\n",z);

char* c0=Get_Memory0();
    printf("c0=%s\n",c0);

const char* c1=Get_Memory1();
    printf("c1=%s\n",c1);

char* const c2=Get_Memory2();
    printf("c2=%s\n",c2);
}

基礎知識

記憶體儲存：

在C/C++中，通常可以把記憶體理解成4個分區：棧、堆、全域/靜態儲存區和常量儲存區。

（1）棧：通常是用那些在編譯期間就能確定其儲存大小的變數的儲存區，用於在函數範圍內建立、在離開範圍後自動銷毀的變數的儲存區。通常是局部變數、函數參數等的儲存區。它的儲存空間是連續的，兩個緊挨著的定義的局部變數，它們的儲存空間是緊挨著的。棧的大小是有限的，通常Visual C++編譯器預設棧的大小是1M，所以不要定義int a[1000000]這樣的超大數組。

（2）堆：通常是用於那些在編譯期間不能確定儲存大小的變數儲存區，它的儲存空間是不連續的，一般同malloc（或new）函數來分配記憶體塊，並且需要要free（或delete）釋放記憶體。如果程式員沒有釋放掉，那麼就會出現常說的記憶體流失問題。需要注意的是，兩個緊挨定義的指標變數，所指向的malloc出來的記憶體並不一定是緊挨著的。另外需要注意的一點是，堆的大小几乎是不受限制的，理論上每個程式最大可達4GB。

（3）全域/靜態儲存區：和“棧”一樣，通常是用於那些在編譯期間就能確定儲存大小的變數的儲存區，但它用於的是在整個程式運行期間都可見的全域變數和靜態變數。

（4）常量儲存區：和“全域/靜態儲存區”一樣，通常是用於那些在編譯期間就能確定儲存大小的常量儲存區，並且在程式運行期間，儲存區內的常量也是全域可見的。這是一塊比較特殊的儲存區，它們裡面放的是常量，不允許被修改。

程式解答：

（1）Swap函數：我們知道，所有函數都會在運行時從程式“棧”上得到分配給它的一Block Storage區（這裡的“棧”就是前兩面講解記憶體儲存時提到的“棧”，第個運行程式都擁有自己的運行時“棧”）。這塊“棧”上的函數儲存區隨函數的開始面開始，隨著函數的結束而結束。函數結束後，這Block Storage區就會自動釋放，以供程式的其他用途使用。系統在函數運行時會為函數的每一個參數都提供儲存區，參數在儲存區中的儲存長度由自身的類型決定。參數傳遞，就是系統用函數實參初始化函數參數儲存區的過程。

        函數的參數有傳值（傳指標）和傳址（傳引用）兩種。所謂參會傳值，就是實參的值複製到函數運行時分配給函數的參數儲存區中。參數在傳值時，函數不會訪問當前調用的實參，函數處理的是實參在本地的拷貝，這些拷貝被儲存在函數的“棧”中，所以這些拷貝值的改變不會影響實參的值。

答案：

z=1

（2）問題：傳回值i是一個局部變數，函數的返回參數怎麼能是局部變數呢？局部變數在離開範圍後就自動被銷毀了，還怎麼能傳回值給調用都呢？

       解答：函數的傳回值有傳值和傳址兩種。int Get_Int(int a)屬於傳回值是傳值的函數，這就意味著函數int Get_Int(int a)會在函數返回處產生一個臨時對象，用於存放局部變數i的值的一份拷貝（變數i的右值的拷貝），臨時對象是沒有名稱的，這份沒有名稱的對象的值（右值）會儲存在調用者的“棧”中。所以當i作為局部變數離開範圍後，雖然被銷毀了，但它的拷貝仍然存在，並在函數返回時作為“右值”賦給“左值z”。

答案：

z=2

（3）此處考查對“堆”的理解：函數返回的是指向“堆”記憶體的指標。程式中malloc()是用於分配“堆”記憶體的庫函數，而對於“堆”記憶體，只要程式中沒有調用free()庫函數去釋放掉該“堆”記憶體，那麼在程式運行期間，malloc()庫函數分配的“堆”記憶體將一直存在。

     char* p=(char*)malloc(sizeof(char)*20)表示分配一塊“堆”記憶體並使得變數p指向這塊“堆”記憶體。

     strcpy(p,"hello world")表示往p指向的“堆”記憶體中複製字串hello world。

     return p，變數p的左值是一個局部變數指標，儲存於函數棧上，右值 是“堆”的地址（“堆”的值是hello world）。

     函數char* Get_Memory0()屬於傳回值是傳指標的函數，這就意味著函數char* Get_Memory0()會在函數返回處產生一個對返回變數p的“左值”的拷貝，也就是在“左值”的拷貝中儲存了指向“堆”的地址。作為局部變數的 p，在離開函數範圍的時候雖然被銷毀了，但函數傳回值珠“左值”的拷貝是存在的，該拷貝儲存了指向“堆“的地址，而而該“堆”的值是hello world。

答案：

 c1=hello world

（4）這裡考查對函數傳回值和指標的理解：變數分為左值和右值，在char* p="hello world"中，左值是局部變數指標p,儲存於函數棧上，右值是字串常量hello world，儲存於常量儲存區。

        char* Get_Memory1()屬於傳回值是傳指標的函數，這就意味著函數char* Get_Memory1()會在函數返回處產生一個對返回對象的“左值”的拷貝，也就是在“左值”拷貝中儲存了指向字串常量hello world的地址。作為局部變數的p,在離開函數範圍的時候雖然被銷毀了，但函數 返回的“左值”拷貝仍然儲存了指向常量儲存區的字串常量hello world的地址。

答案：

c1=hello world

（5）和問題（4）有些相似，考查的也是對函數傳回值和指標的理解：傳回值是傳指標，會在函數返回時產生“左值”拷貝。可以看到，p[]不是指標，是一個陣列變數。編譯器根據右值“hello world”的長度（12個字元）在編譯期間在函數的棧上為數組分配大小為12個字元的記憶體儲存區，其值是“hello world”。

        通常，變數的意義在於，它給一塊記憶體儲存區提供名字，方便程式對這塊記憶體進行讀寫。變數包含兩個值：左值和右值。左值是記憶體儲存區的名字，右值是存放儲存區中的值。從程式中可以看到，函數返回的“左值”拷貝 指向的是局部變數數組p[12]的首地址。當局部數組p[12]範圍後會被自動銷毀。這時，函數返回的“左值”拷貝指向的是一個被銷毀的局部變數地址。

答案：

warning C4172: returning address of local variable or temporary

c2=未知