C++函数调用内存分配机制

时间:2022-01-29 02:24:42

此日志内容主要来源于两个博客:

http://blog.csdn.net/hantang2009/article/details/6411738 

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/archive/2011/04/04/2005061.html

 函数调用的内存分配机制

1.同一个类的对象

共享同一个成员函数的地址空间,而每个对象有独立的成员变量地址空间,可以说成员函数是类拥有的,成员变量是对象拥有的

2.非虚函数

对于非虚函数的调用,编译器只根据数据类型翻译函数地址,判断调用的合法性,由1可知,这些非虚函数的地址与其对象的内存地址无关(只与该类的成员函数的地址空间相关),故对于一个父类的对象指针,调用非虚函数,不管是给他赋父类对象的指针还是子类对象的指针,他只会调用父类中的函数(只与数据类型(此为类类型)相关,与对象无关)

3.虚函数

虚拟函数的地址翻译取决于对象的内存地址,而不取决于数据类型(编译器对函数调用的合法性检查取决于数据类型)。如果类定义了虚函数,该类及其派生类就要生成一张虚拟函数表,即vtable。而在类的对象地址空间中存储一个该虚表的入口,占4个字节,这个入口地址是在构造对象时由编译器写入的。所以,由于对象的内存空间包含了虚表入口,编译器能够由这个入口找到恰当的虚函数,这个函数的地址不再由数据类型决定了。故对于一个父类的对象指针,调用虚拟函数,如果给他赋父类对象的指针,那么他就调用父类中的函数,如果给他赋子类对象的指针,他就调用子类中的函数(取决于对象的内存地址)

4.如果类包含虚拟成员函数,则将此类的析构函数也定义为虚拟函数

因为派生类对象往往由基类的指针引用,如果使用new操作符在堆中构造派生类对象,并将其地址赋给基类指针,那么最后要使用delete操作符删除这个基类指针(释放对象占用的堆栈)。这时如果析构函数不是虚拟的,派生类的析构函数不会被调用,会产生内存泄露。

5.纯虚拟函数

纯虚拟函数没有函数体,专为派生类提供重载的形式。只要形象的将虚拟函数赋值为0,即定义了纯虚函数,例如void virtual XXXX(char* XXX) = 0;

定义了纯虚函数的类称为抽象基类。抽象基类节省了内存空间,但不能用来实例化对象。其派生类必须重载所有的纯虚函数,否则产生编译错误。

抽象基类虽然不能实例化,为派生类提供一个框架。抽象基类为了派生类提供了虚拟函数的重载形式,可以用抽象类的指针引用派生类的对象,这为虚拟函数的应用准备了必要条件。

  

内存分配以及函数调用,返回值问题:

C++编译器将计算机内存分为代码区和数据区,很显然,代码区就是存放程序代码,而数据区则是存放程序编译和执行过程出现的变量和常量。数据区又分为静态数据区、动态数据区,动态数据区包括堆区和栈区。以下是各个区的作用:

(1)代码区:存放程序代码;

(2)数据区:

a.静态数据区在编译器进行编译的时候就为该变量分配的内存,存放在这个区的数据在程序全部执行结束后系统自动释放,生命周期贯穿于整个程序执行过程。

b.动态数据区:包括堆区和栈区

堆区:这部分存储空间完全由程序员自己负责管理,它的分配和释放都由程序员自己负责。这个区是唯一一个可以由程序员自己决定变量生存期的区间。可以用malloc,new申请对内存,并通过freedelete释放空间。如果程序员自己在堆区申请了空间,又忘记将这片内存释放掉,就会造成内存泄露的问题,导致后面一直无法访问这片存储区域。

栈区:存放函数的形式参数和局部变量,由编译器分配和自动释放,函数执行完后,局部变量和形参占用的空间会自动被释放。效率比较高,但是分配的容量很有限。

注意:

1)全局变量以及静态变量存放在静态数据区;

2)注意常量的存放区域,通常情况下,常量存放在程序区(程序区是只读的,因此任何修改常量的行为都是非法的),而不是数据区。有的系统,也将部分常量分配到静态数据区,比如字符串常量(有的系统也将其分配在程序区)。但是要记住一点,常量所在的内存空间都是受系统保护的,不能修改。对常量空间的修改将造成访问内存出错,一般系统都会提示。常量的生命周期一直到程序执行结束为止。

在弄懂内存分配的问题过后,来看看函数调用的过程:

执行某个函数时,如果有参数,则在栈上为形式参数分配空间(如果是引用类型的参数则类外),继续进入到函数体内部,如果遇到变量,则按情况为变量在不同的存储区域分配空间(如果是static类型的变量,则是在进行编译的过程中已经就分配了空间),函数内的语句执行完后,如果函数没有返回值,则直接返回调用该函数的地方(即执行远点),如果存在返回值,则先将返回值进行拷贝传回,再返回执行远点,函数全部执行完毕后,进行退栈操作,将刚才函数内部在栈上申请的内存空间释放掉。

下面通过几个例子来谈谈内存分配和函数返回值的问题:

内存分配的问题:

int a=1; a在栈区

char s[]="123"; s在栈区,“123”在栈区,其值可以被修改

char *s="123"; s在栈区,“123”在常量区,其值不能被修改

int *p=new int; p在栈区,申请的空间在堆区(p指向的区域)

int *p=(int *)malloc(sizeof(int)); p在栈区,p指向的空间在堆区

static int b=0; b在静态区

1.test1

#include<iostream>

using namespace std;

 void test(int *p)

{

    int b=2;

    p=&b;

    cout<<p<<endl;

}

int main(void)

{

    int a=10;

    int *p=&a;

    cout<<p<<endl;

test(p);

    cout<<p<<endl;

    return 0;

}

第一行输出和第三行输出的结果相同,而第一行、第三行与第二行输出的结果不同。从这里可以看出,当指针作为参数进行传递时传递的也只是一个值,只不过该值只一个地址,因此对于形参的改变并不影响实参。

2.test2

         #include<iostream>

         using namespace std;

         char* test(void)

         {

          char str[]="hello world!";

          return str;

         }

         int main(void)

         {

          char *p;

          p=test();

          cout<<p<<endl;

          return 0;

        }

输出结果可能是hello world!,也可能是乱麻。

出现这种情况的原因在于:在test函数内部声明的str数组以及它的值"hello world”是在栈上保存的,当用returnstr的值返回时,将str的值拷贝一份传回,当test函数执行结束后,会自动释放栈上的空间,即存放hello world的单元可能被重新写入数据,因此虽然main函数中的指针p是指向存放hello world的单元,但是无法保证test函数执行完后该存储单元里面存放的还是hello world,所以打印出的结果有时候是hello world,有时候是乱麻。

3.test3

         #include<iostream>

         using namespace std;

         int test(void)

         {

          int a=1;

         return a;

         }

         int main(void)

         {

          int b;

          b=test();

          cout<<b<<endl;

          return 0;

          }

    输出结果为 1

test函数执行完后,存放a值的单元是可能会被重写,但是在函数执行return时,会创建一个int型的零时变量,将a的值复制拷贝给该零时变量,因此返回后能够得到正确的值,即使存放a值的单元被重写数据,但是不会受到影响。

4.test4

          #include<iostream>

          using namespace std;

          char* test(void)

          {

             char *p="hello world!";

             return p;

          }

          int main(void)

          {

            char *str;

            str=test();

            cout<<str<<endl;

            return 0;

        }

   执行结果是 hello world!

char *p="hello world!",指针p是存放在栈上的,但是"hello world!”是一个常量字符串,因此存放在常量区,而常量区的变量的生存期与整个程序执行的生命期是一样的,因此在test函数执行完后,str指向存放“hello world!”的单元,并且该单元里的内容在程序没有执行完是不会被修改的,因此可以正确输出结果。

5.test5

           #include<iostream>

           using namespace std;

           char* test(void)

           {

            char *p=(char *)malloc(sizeof(char)*100);

            strcpy(p,"hello world");

            return p;

            }

            int main(void)

            {

                char *str;

              str=test();

              cout<<str<<endl;

              return 0;

            }

    运行结果 hello world

这种情况下同样可以输出正确的结果,是因为是用malloc在堆上申请的空间,这部分空间是由程序员自己管理的,如果程序员没有手动释放堆区的空间,那么存储单元里的内容是不会被重写的,因此可以正确输出结果。

6.test6

            #include<iostream>

            using namespace std;

            void test(void)

            {

             char *p=(char *)malloc(sizeof(char)*100);

              strcpy(p,"hello world");

             free(p); //只是释放内存,而未销毁指针

             if(p==NULL)

             {

                    cout<<"NULL"<<endl;

             }

            }

            int main(void)

            {

              test();

              return 0;

            }

    没有输出

    在这里注意了,free()释放的是指针指向的内存!注意!释放的是内存,不是指针!这点非常非常重要!指针是一个变量,只有程序结束时才被销毁。释放了内存空间后,原来指向这块空间的指针还是存在!只不过现在指针指向的内容的垃圾,是未定义的,所以说是垃圾。因此,释放内存后应把把指针指向NULL,防止指针在后面不小心又被使用,造成无法估计的后果。