C++内存管理

- 日理万妓 2022-03-30 09:21 253阅读 0赞

**在C++中内存分为5个区，分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。**

**堆：**堆是操作系统中的术语，是操作系统所维护的一块特殊内存，用于程序的内存动态分配，C语言使用**malloc**从堆上分配内存，使用**free**释放已分配的对应内存。

**栈:** ：**局部变量**，**函数参数**等存储在该区，由编译器自动分配和释放。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

**自由存储区：**自由存储区是C++基于**new**操作符的一个抽象概念，**凡是通过new操作符进行内存申请，该内存即为自由存储区。**

**全局/静态存储区: 全局变量**和**静态变量**被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

**常量存储区：**这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量(const)，不允许修改。

**使用存储区的三种方式：**  
1）静态存储区（Static Memory）

全局变量，静态变量及静态类成员存储在该区，在编译期间就进行分配，生存期到程序结束。存储在该区的对象只初始化一次，且在程序运行期间地址固定不变。

2）自动存储区(Autormatic Memory)

局部变量，函数参数等存储在该区，由编译器自动分配和释放

3）自由存储区（Free Store）

由程序员手动分配和释放内存（new,delete）

**堆和栈的区别：**

1）空间大小：**栈的内存空间是连续的**，空间大小通常是系统预先规定好的，即栈顶地址和最大空间是确定的；而**堆得内存空间是不连续的**，由一个记录空间空间的链表负责管理，因此内存空间几乎没有限制，在32位系统下，内存空间大小可达到4G

2）管理方式：栈由编译器自动分配和释放，而堆需要程序员来手动分配和释放，若忘记delete，容易产生内存泄漏。

3）生长方向不同：对于栈，他是向着**内存地址减小的方向生长**的，这也是为什么栈的内存空间是有限的；而**堆是向着内存地址增大的方向生长的**

4）碎片问题：由于栈的内存空间是连续的，先进后出的方式保证不会产生零碎的空间；而堆分配方式是每次在空闲链表中遍历到第一个大于申请空间的节点，每次分配的空间大小一般不会正好等于申请的内存大小，频繁的new操作势必会产生大量的空间碎片

5）分配效率：栈属于机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持，出栈进栈由专门的指令执行，因此效率较高。而堆是c/c++函数库提供的，当申请空间时需要按照一定的算法搜索足够大小的内存空间，当没有足够的空间时，还需要额外的处理，因此效率较低。

**使用内存时几点注意事项：**

**1）用new和malloc申请内存时，在使用前要检查内存是否分配成功**

char *p=new char[10];
    if(p==NULL)
    return；

**2）使用内存之前要进行初始化**

**3）在对内存进行操作时，防止越界，如数组操作要注意下标范围**

**4）对于动态分配的内存，一定要手动释放，否则程序每运行一次就会丢失一部分内存，造成内存泄漏**

**5）防止内存释放后继续使用它,主要有以下三种情况：**

> a.程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。
> 
> b.函数的return语句写错了，注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁。
> 
> c.使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。

**野指针：**“野指针”不是NULL指针，是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针，因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的，if语句对它不起作用。

**“野指针”**的成因主要有三种：

(a）指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存。

char *p;   //此时p为野指针

(b)指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针.

char *p=new char[10];  //指向堆中分配的内存首地址
    cin>> p;
    delete []p; //p重新变为野指针

(c)指针操作超越了变量的作用范围。

char *p=new char[10];  //指向堆中分配的内存首地址
    cin>> p;
    cout<<*(p+10);  //可能输出未知数据

**6）指针的注意点：**

a.指针指向常量存储区对象

char \*p="abc";

**此时p指向的是一个字符串常量，不能对\*p的内容进行写操作**，如srtcpy(p,s)是错误的，因为p的内容为“abc”字符串常量，该数据存储在常量存储区，但可以对指针p进行操作，让其指向其他的内存空间。