C++内存管理

Posted 2022-10-30 lalalatianlalu

C++的内存分配方式

c++内存分配分为堆区，栈区，自由存储区（代码区），全局区（静态区），常量区5部分

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：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，一般以为MB为单位，一般是1MB。

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，一般自由存储区指向堆区，但可以修改自由存储区指向。

全局/静态存储区：这块内存是在程序编译的时候就已经分配好的，在程序整个运行期间都存在。例如全局变量，静态变量。

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。

New/delete 和malloc/free 的区别

特征	new/delete	malloc/free
操作对象	运算符	标准库函数
分配内存的位置	自由存储区	堆
内存分配成功的返回值	完整类型指针	void*
内存分配失败的返回值	默认抛出异常	返回NULL
分配内存的大小	由编译器根据类型计算得出	必须显式指定字节数
处理数组	有处理数组的new版本new[]	需要用户计算数组的大小后进行内存分配
已分配内存的扩充	无法直观地处理	使用realloc简单完成
是否相互调用	可以，看具体的operator new/delete实现	不可调用new
分配内存时内存不足	客户能够指定处理函数或重新制定分配器	无法通过用户代码进行处理
函数重载	允许	不允许
构造函数与析构函数	调用	不调用

堆区和自由存储区的区别

从技术上来说，堆（heap）是C语言和操作系统的术语。堆是操作系统所维护的一块特殊内存，它提供了动态分配的功能，当运行程序调用malloc()时就会从中分配，稍后调用free可把内存交还。而自由存储是C++中通过new和delete动态分配和释放对象的抽象概念，通过new来申请的内存区域可称为自由存储区。基本上，所有的C++编译器默认使用堆来实现自由存储，也即是缺省的全局运算符new和delete也许会按照malloc和free的方式来被实现，这时藉由new运算符分配的对象，说它在堆上也对，说它在自由存储区上也正确。但程序员也可以通过重载操作符，改用其他内存来实现自由存储，例如全局变量做的对象池，这时自由存储区就区别于堆了。我们所需要记住的就是：

• 堆是C语言和操作系统的术语、是操作系统维护的一块内存，而自由存储是C++中通过new与delete动态分配和释放对象的抽象概念。堆与自由存储区并不等价。
• new所申请的内存区域在C++中称为自由存储区。藉由堆实现的自由存储，可以说new所申请的内存区域在堆上。

堆和栈的区别

• 生长方式：堆的生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；而对于栈，其的生长放下是向下的，向着内存地址减小的方向生长。
• 管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。
• 空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，默认的栈空间大小是1M（VS2017 项目-属性-链接器-系统可以修改）。
• 碎片问题：对于堆来讲，频繁的malloc/free势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。栈是先进后出的队列，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出。
• 分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：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alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他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：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

内存泄露

   　总结： 一是在堆里创建了对象占用了内存，但是没有显式地释放对象占用的内存；二是在类的构造函数中动态的分配了内存，但是在析构函数中没有释放内存或者没有正确的释放内存；

a.    在释放对象数组时在delete中没有使用方括号；

b.    对象数组是指：数组中存放的是对象，只需要delete []p，即可调用对象数组中的每个对象的析构函数释放空间；

c.     指向对象的指针数组是指：数组中存放的是指向对象的指针，不仅要释放每个对象的空间，还要释放每个指针的空间，delete []p只是释放了每个指针，但是并没有释放对象的空间，正确的做法，是通过一个循环，将每个对象释放了，然后再把指针释放了；  

d.    没有将基类的析构函数定义为虚函数。基类指针指向子类对象时，如果基类的析构函数不是virtual，那么子类的析构函数将不会被调用，子类的资源没有正确是释放，因此造成内存泄露；

内存溢出

 内存溢出是指程序在申请内存时没有足够的内存空间供其使用。原因可能如下：

a.    内存中加载的数据过于庞大；

b.    代码中存在死循环；

c.     递归调用太深，导致堆栈溢出等；

d.    内存泄漏最终导致内存溢出；

参考链接

【1】https://blog.csdn.net/caogenwangbaoqiang/article/details/79788368

【2】https://www.cnblogs.com/BEN-LK/p/10720265.html

【3】https://www.cnblogs.com/learning-zjx/p/10645659.html

【4】https://www.jianshu.com/p/19771f5a89ea