Question

我正在学习c ++，并想知道这样的程序是如何在主内存中组织的。我知道有一个堆栈（带有堆栈框架）和一个堆。我知道动态分配的东西会在堆上分配它。这是由malloc或new等运营商完成的。但我不能在这个小型的c ++程序中看到它们。

该程序由一个主类和一个名为MyClass的类组成。这堂课有：

一个构造函数
一个成员变量（int）
一个成员函数

main-class定义Myclass的对象，并定义指向该对象的指针。

那么 - 这一切如何在记忆中组织起来？

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass {
    int i;
public:
    MyClass(int n) {
        i = n;
    }
    int get_nmbr() {
        return this->i;
    }
};


int main() {
    MyClass myClass(100), *p;
    cout << myClass.get_nmbr() << endl;
    p = &myClass;
    cout << p;
    return 0;
}

Answer 1

让我们逐行了解。

int main() {

一个新函数从这一行开始，然后是一个新的scope。

    MyClass myClass(100), *p;

这里发生了两件事。一，变量myClass在函数的作用域内声明，这使它成为一个局部变量，因此它被分配在堆栈中。编译器将发出在堆栈上保留足够空间的机器指令（通常通过碰撞sp堆栈指针寄存器），然后执行对类构造函数的调用。传递给构造函数的this指针是堆栈分配的基础。

第二个变量p只是一个本地指针，编译器（取决于优化）可以将此值存储在本地堆栈或寄存器中。

   cout << myClass.get_nmbr() << endl;

调用本地get_nmbr()实例的myClass方法。同样，this指针指向本地堆栈帧分配。此函数查找实例变量i的值并将其返回给调用者。请注意，因为对象是在堆栈帧上分配的，所以i也存在于堆栈帧上。

   p = &myClass;

将myClass实例的地址存储在变量p中。这是一个堆栈地址。

   cout << p;
   return 0;
}

打印出局部变量p并返回。

您的所有代码仅与堆栈分配有关。结果是当函数的作用域在执行时被保持/关闭（例如函数返回）时，对象将被自动“解构”并释放其内存。如果你从该函数返回了类似p的指针，那么你正在查看dangling pointer，即指向一个被释放和破坏的对象的指针。（根据语言标准，通过这种悬空指针进行内存访问的行为是“未定义的”。）

如果要在堆上分配对象，并因此将其生命周期扩展到声明它的范围之外，那么可以在C ++中使用new operator。在幕后，new拨打malloc，然后拨打适当的constructor。

您可以将上面的示例扩展为以下内容：

{
    MyClass stackObj(100);  // Allocate an instance of MyClass on the function's stack frame
    MyClass *heapObj = new MyClass(100); // Allocate an instance of MyClass from the process heap.

    printf("stack = %p heap = %p\n", stackObj, heapObj);

    // Scope closes, thus call the stackObj destructor, but no need to free stackObj memory as this is done automatically when the containing function returns.
    delete heapObj; // Call heapObj destructor and free the heap allocation.
}

注意：在此上下文中，您可能需要查看placement new，以及auto pointers和shared pointers。

Answer 2

首先要做的事情。在C ++中，您不应该使用malloc。

在此程序中，所有使用的内存都在堆栈中。让我们一次看一个：

MyClass myClass(100);

myClass是堆栈上的自动变量，大小等于sizeof(MyClass);。这包括成员i。

MyClass *p;

p是堆栈上的自动变量，指向MyClass的实例。由于它没有初始化，它可以指向任何地方，不应该使用。它的大小等于sizeof(MyClass*);，它可能（但不一定）在myClass之后立即放在堆栈上。

cout << myClass.get_nmbr() << endl;

MyClass::get_nmbr()返回i实例的成员myClass的副本。这个副本可能已经过优化，因此不会占用任何额外的内存。如果确实如此，它将在堆栈中。 ostream& operator<< (int val);的行为是特定于实现的。

p = &myClass;

此处p指向有效的MyClass实例，但由于实例已存在，因此内存布局没有任何变化。

cout << p;

输出myClass的地址。 operator<<的行为再一次是特定于实现的。

This program（有点）可视化自动变量的布局。

Answer 3

在堆栈上分配了

myClass。该程序不使用堆exept可能用于在后台分配stdout缓冲区。当myClass超出范围时（例如，当main返回或引发异常时），myClass将被销毁并且堆栈被释放，导致p无效。

在现代C ++中，使用智能指针（例如shared_ptr）而不是原始指针被认为更安全。
要在堆上分配myClass，您可以写：

#include <memory>

int main() {
  std::shared_ptr<MyClass> p (new MyClass (100));  // Two heap allocations: for reference counter and for MyClass.
  auto p2 = std::make_shared<MyClass> (101);  // One heap allocation: reference counter and MyClass stored together.
  return 0;
}

Answer 4

您在堆栈上创建了myClass对象和指针p（声明为MyClass *）。所以。在myClass对象中，我也在堆栈上创建数据成员作为myClass对象的一部分。指针p存储在堆栈中，但您没有为p分配，而是将p分配给已存储在堆栈中的myClass对象的地址。所以，这里没有堆分配，至少来自你发布的程序段。

在内存中组织c ++程序 - 堆栈和堆

4 个答案: