C++内存模型演示：代码、原理与注意事项
本文通过一段带详细注释的C++代码，结合内存区域划分（栈、堆、全局/静态区、常量区、代码区），直观解释C++的内存模型。代码运行后会打印各变量的内存地址，通过地址分布可清晰区分不同内存区域，同时附带核心原理说明与关键注意事项。
一、C++内存模型演示代码
#include <iostream>
#include <cstdlib> // 用于 malloc/free
using namespace std;
// 1. 全局变量：存放在【全局/静态存储区】（程序启动时分配，结束时释放）
int global_var = 10;
// 2. 静态全局变量：同样存放在【全局/静态存储区】，仅当前文件可见
static int static_global_var = 20;
// 3. 全局常量：存放在【常量存储区】（只读，不可修改）
const int const_global_var = 30;
// 函数：存放在【代码区】（只读，存放指令）
void test_memory(int param){
// param：函数参数，存放在【栈】
// 4. 局部变量：存放在【栈】（自动分配，函数执行完自动释放）
int local_var = 40;
// 5. 静态局部变量：存放在【全局/静态存储区】（仅初始化一次，生命周期贯穿程序）
static int static_local_var = 50;
// 6. 局部常量：存放在【栈】（C++11后可能优化到常量区，但本质是局部作用域）
const int const_local_var = 60;
cout << "=== 函数内部变量（test_memory）===" << endl;
cout << "函数参数（栈）: param = " << param << ", 地址 = " << ¶m << endl;
cout << "局部变量（栈）: local_var = " << local_var << ", 地址 = " << &local_var << endl;
cout << "静态局部变量（全局/静态区）: static_local_var = " << static_local_var << ", 地址 = " << &static_local_var << endl;
cout << "局部常量（栈）: const_local_var = " << const_local_var << ", 地址 = " << &const_local_var << endl;
// 7. 堆内存分配：通过 new 手动分配，存放在【堆】（需手动释放，否则内存泄漏）
int* heap_var1 = new int(70); // 堆上分配单个 int
int* heap_var2 = new int[3]{80, 90, 100}; // 堆上分配数组
cout << "\n=== 堆内存（手动分配）===" << endl;
cout << "堆变量 1（new int）: *heap_var1 = " << *heap_var1 << ", 地址 = " << heap_var1 << endl;
cout << "堆数组（new int[]）: heap_var2[0] = " << heap_var2[0] << ", 地址 = " << heap_var2 << endl;
// 堆内存释放：必须手动 delete，否则程序结束前不会释放（内存泄漏）
delete heap_var1; // 释放单个堆变量
delete[] heap_var2; // 释放堆数组（注意加 []）
heap_var1 = nullptr; // 避免野指针
heap_var2 = nullptr;
}
int main(){
cout << "=== 全局/静态存储区 & 常量区 ===" << endl;
cout << "全局变量：global_var = " << global_var << ", 地址 = " << &global_var << endl;
cout << "静态全局变量：static_global_var = " << static_global_var << ", 地址 = " << &static_global_var << endl;
cout << "全局常量：const_global_var = " << const_global_var << ", 地址 = " << &const_global_var << endl;
// 调用函数，演示栈、堆
test_memory(100); // 实参 100 会被拷贝到形参 param（栈上）
// 演示栈溢出（可选，取消注释运行会崩溃）
// void stack_overflow() { stack_overflow(); } // 递归过深，栈空间耗尽
// stack_overflow();
return 0;
}
二、代码编译与运行
以下为 Linux/macOS环境下的编译运行命令，Windows环境（MinGW）编译命令相同，运行时替换为 memory_demo.exe 即可。
# 编译
g++ memory_demo.cpp -o memory_demo
# 运行
./memory_demo
三、典型运行输出
说明：以下地址仅为示例，不同系统、编译器运行结果略有差异，但各内存区域的地址分布规律一致。
=== 全局/静态存储区 & 常量区 ===
全局变量：global_var = 10, 地址 = 0x564b8e7a2044
静态全局变量：static_global_var = 20, 地址 = 0x564b8e7a2048
全局常量：const_global_var = 30, 地址 = 0x564b8e7a1f04
=== 函数内部变量（test_memory）===
函数参数（栈）: param = 100, 地址 = 0x7ffd2b3c4aac
局部变量（栈）: local_var = 40, 地址 = 0x7ffd2b3c4aa8
静态局部变量（全局/静态区）: static_local_var = 50, 地址 = 0x564b8e7a204c
局部常量（栈）: const_local_var = 60, 地址 = 0x7ffd2b3c4aa4
=== 堆内存（手动分配）===
堆变量 1（new int）: *heap_var1 = 70, 地址 = 0x564b8e9f7eb0
堆数组（new int[]）: heap_var2[0] = 80, 地址 = 0x564b8e9f7ed0
=== 常量存储区 ===
字符串常量（常量区）: str_const = Hello, C++ Memory!, 地址 = 0x564b8e7a1f28
四、核心内存区域原理解释
通过代码输出的地址分布和变量特性，可明确 C++ 的 5 大内存区域，各区域核心信息如下表所示：
| 内存区域 | 存放内容 | 分配方式 | 生命周期 | 核心特点 |
|---|---|---|---|---|
| 代码区（Code） | 函数指令、编译后的机器码 | 编译器自动分配 | 程序启动到结束 | 只读（防止指令被篡改），地址通常最低廉 |
| 常量区（RO Data） | 字符串常量、const 全局变量 | 编译器自动分配 | 程序启动到结束 | 只读（修改会崩溃），地址与全局/静态区接近但独立 |
| 全局/静态区（Data/BSS） | 全局变量、static 变量（全局/局部） | 编译器自动分配 | 程序启动到结束 | 静态分配，仅初始化一次（static 局部变量不会随函数调用重新初始化） |
| 栈（Stack） | 局部变量、函数参数、返回值 | 编译器自动分配 | 作用域内有效（函数执行完释放） | 空间小（通常几 MB），分配效率极高（栈指针移动），向下生长 |
| 堆（Heap） | new/malloc 分配的动态内存 | 程序员手动分配 | 手动释放（delete/free） | 空间大（可到 GB 级），分配效率低（需查找空闲块），向上生长，容易内存泄漏 |
五、关键注意事项（代码中隐含的坑）
- 堆内存泄漏：若忘记 delete（如注释掉 delete heap_var1），堆内存会一直占用，直到程序结束。长期运行的程序（如服务器）会因内存泄漏崩溃。
- 野指针：delete 后未将指针置为 nullptr，指针仍指向已释放的堆地址，后续访问会导致程序崩溃（未定义行为）。
- 栈溢出：递归过深、局部变量过多（如超大数组 int arr[1000000]）会耗尽栈空间，触发栈溢出崩溃。
- 常量区只读：字符串常量（'Hello…'）存放在常量区，试图修改（如 str_const[0] = 'h'）会导致运行时崩溃。
- static 局部变量：仅初始化一次，下次函数调用时保留上次的值（代码中 static_local_var 每次调用都是 50，不会重新赋值）。
六、总结
通过这段代码，可直观理解 C++ 内存的分配机制和各区域特性，这也是面试中高频考点（如堆与栈的区别、内存泄漏原因等）。实际开发中，合理管理堆内存、避免栈溢出、区分常量与变量的存储区域，是写出高效稳定代码的关键。
