C++ 字符串指针与字符串数组

在做面试100题中第21题时，发现char *astr="abcdefghijk\0";和char astr[]={"abcdefghijk"};有点区别，以前一直以为是一样的，但是在该程序中采用字符串指针运行一直出错。后来在网上查查，果然发现大大的不同。

展示如何出错

分析：当你需要修改字符串时，采用指针指向该字符串编译通过但是运行出错，而采用字符串数组时不会出现这样的问题。我们知道计算机有堆栈空间供编程人员使用，第一行，astr为栈上分配的一个指针，而右边在堆上分配的字符串常量，常量是不能修改的，如果修改会报错。而第二行均为栈上分配的，分配一个指针，和一个11字节的内存，都可以修改。

实验验证：我们利用一段程序来验证上述分析是否正确。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
c3 = "abc";
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}

运行结果为：
2293628 4199056 abc
2293624 2293624 abc
2293620 4199056 abc

从结果中我们知道，指针c1的地址和c1指向的字符串地址相差很远，不在一起，而第二行指针c2的地址和c2指向的字符串地址很近，说明在一起，c3同理分析。由此我们推断出两条信息：

1、  低位的内存是供栈使用，高位的内存是供堆使用。

2、  之前分析是正确的，c2数组和内存都在栈上，而c1指向的字符串是在堆上，并且该字符串是常量，因为c1和c3指向的字符串地址相同。

原理：接下来整理参考文献介绍的知识。

1、预备知识-程序的内存分配

一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：
1.1、栈区（stack）-由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
1.2、堆区（heap）-一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。

1.3、全局区（静态区）（static）-全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
1.4、文字常量区-常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
1.5、程序代码区(该段代码详细讲述分配的堆栈，十分有用)

//main.cpp
int a=0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
main()
{
int b;栈
char s[]="abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3="123456"; //123456\0在常量区，p3在栈上。
static int c=0； //全局（静态）初始化区
p1 = (char*)malloc(10);
p2 = (char*)malloc(20); //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1,"123456"); //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所向"123456"优化成一个地方。
}

2、堆和栈的理论知识
2.1、申请方式
stack:
由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量int b;系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数，如p1=(char*)malloc(10);
在C++中用new运算符，如p2=(char*)malloc(10);
但是注意p1、p2指针本身是在栈中的。
2.2、申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
2.3、申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
2.4、申请效率的比较：
栈:由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆:是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.

Tip：在WINDOWS下，最好的方式是用Virtual Alloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈,而是直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
2.5、堆和栈中的存储内容
栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。
2.6、存取效率的比较
char s1[]="aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2="bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；
但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如：
#include
voidmain()
{
char a=1;
char c[]="1234567890";
char *p="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10:a=c[1];
004010678A4DF1 mov cl, byte ptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFC mov byte ptr[ebp-4], cl
11:a=p[1];
0040106D8B55EC mov edx, dword ptr [ebp-14h]
004010708A4201 mov al, byte ptr[edx+1]
004010738845FC mov byte ptr[ebp-4], al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。

2.7、小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

扩展原文献最后的总结

此外，如果char *as=new char[11]，此时表示as在栈上分配一字节指针，而右边在堆上分配11字节的地址，然后strcpy(as,"abcdefghijk");编译通过不能正确运行。

#include <iostream>
using namespace std;

main()
{
char *c1 = "abc";
char c2[] = "abc";
char *c3 = ( char* )malloc(3);
// *c3 = "abc" //error
strcpy(c3,"abc");
c3[0] = 'g';
printf("%d %d %s\n",&c1,c1,c1);
printf("%d %d %s\n",&c2,c2,c2);
printf("%d %d %s\n",&c3,c3,c3);
getchar();
}

写成注释那样，后面改动就会崩溃
可见strcpy(c3,"abc");abc是另一块地方分配的，而且可以改变，和上面的参考文档说法有些不一定。

说明：以上是原文的例子和解释。我觉得有些问题需要提到。首先，注释那写法就不对，右边是个字符串，左边是个指向char的指针，不应该这样赋值，可以为该指针赋予一个char，或者该指针指向数组，即c3 = "abc"。至于最后一句“abc是另一块地方分配的，而且可以改变，和上面的参考文档说法有些不一定”，这句话后半句同意，因为我也感觉1.5小节最后一行代码注释有问题。因为你malloc了就分配一个内存，这个内存由c3指向，如果你写成c3 = "abc"又让c3指向”abc”，这样会造成内存泄露。而那句话前半句 “abc是另一块地方分配的”这个不同意，因为字面值常量还是没变，所有是同一个内存，只是把该字面值常量的内存copy给c3指向的内存块。以上只为个人想法，如有错误请指正。