C++ —— 内存管理详解

Myth丶恋晨 2022-12-09 02:48 138阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  内存分配
     *   *  堆与栈的区别
         *  静态变量与非静态变量
     *  动态内存管理
     *  内存泄漏
     *   *  内存泄漏分类
         *  危害 和 预防

## 内存分配 ##

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1.  栈又叫堆栈，非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的。
2.  内存映射段是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。
3.  堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
4.  数据段–存储全局数据和静态数据。
5.  代码段–可执行的代码/只读常量。

### 堆与栈的区别 ###

*  **管理方式不同** ：栈是由编译器自动申请和释放空间，堆是需要程序员手动申请和释放；
 *  **空间大小不同**：栈的空间是有限的，在32位平台下，VC6下默认为1M，堆最大可以到4G；
 *  **能否产生碎片**：栈和数据结构中的栈原理相同，在弹出一个元素之前，上一个已经弹出了，不会产生碎片，如果不停地调用malloc、free对造成内存碎片很多；
 *  **生长方向不同**：堆生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向，栈刚好相反，向着内存减小的方向生长。
 *  **分配方式不同**：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由 malloc 函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
 *  **分配效率不同**：栈的效率比堆高很多。栈是机器系统提供的数据结构，计算机在底层提供栈的支持，分配专门的寄存器来存放栈的地址，压栈出栈都有相应的指令，因此比较快。堆是由库函数提供的，机制很复杂，库函数会按照一定的算法进行搜索内存，因此比较慢

### 静态变量与非静态变量 ###

*  静态全局变量、全局变量区别  
    1）静态全局变量和全局变量都属于常量区  
    2）静态全局区只在本文件中有效，别的文件想调用该变量，是调不了的，而全局变量在别的文件中可以调用  
    3）如果别的文件中定义了一个该全局变量相同的变量名，是会出错的。
 *  静态局部变量、局部变量的区别  
    1）静态局部变量是属于常量区的，而函数内部的局部变量属于栈区；  
    2）静态局部变量在该函数调用结束时，不会销毁，而是随整个程序结束而结束，但是别的函数调用不了该变量，局部变量随该函数的结束而结束；  
    3）如果定义这两个变量的时候没有初始值时，静态局部变量会自动定义为0，而局部变量就是一个随机值；  
    4）静态局部变量在编译期间只赋值一次，以后每次函数调用时，不在赋值，调用上次的函数调用结束时的值。局部变量在调用期间，每调用一次，赋一次值。

## 动态内存管理 ##

c和c++都可以动态申请内存和释放内存。c语言中我们用malloc/free， 而c++中引入了new/delete.

首先malloc/free：正常的在堆上申请内存，释放内存。  
其次operator new/delete：相当于堆malloc/free进行了一层封装，加入了面向对象的异常处理机制。  
最后是new/delete: 在operator的基础上，针对自定义类型会调用其构造函数和析构函数进行初始化。

**malloc/free和new/delete异同**

共同点：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是：

1.  malloc和free是函数，new和delete是操作符
2.  malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3.  malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可
4.  malloc的返回值为void\*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5.  malloc 申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要 捕获异常
6.  申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理

**定位new**

定位new表达式是在**已分配的原始内存空间中调用构造函数**初始化一个对象使用

**使用格式：**  
new (place\_address) type或者new (place\_address) type(initializer-list)  
place\_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

**使用场景：**  
定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

Test* pt = (Test*)malloc(sizeof(Test));
     new(pt) Test; // 注意：如果Test类的构造函数有参数时，此处需要传参

## 内存泄漏 ##

内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序**未能释放已经不再使用的内存**的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段**内存的控制**，因而造成了内存的浪费。

### 内存泄漏分类 ###

**堆内存泄漏**  
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

**系统资源泄漏**  
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定

### 危害 和 预防 ###

**内存泄漏的危害**  
长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢

**预防：**

1.  工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状  
    态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保  
    证。
2.  采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3.  有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4.  出问题了使用内存泄漏工具检测。

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