C++ 内存管理

内存分配方式

在C++中，内存分红5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

栈 -- 由编译器自动分配释放

在执行函数时，函数内局部变量的存储单元均可以在栈上建立，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，可是分配的内存容量有限。
是由编译器在须要时自动分配，不须要时自动清除的变量存储区。一般存放局部变量、函数参数等。

堆 -- 通常由程序员分配释放

就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由咱们的应用程序(程序员)去控制，通常一个new就要对应一个delete，一个new[]与一个delete[]对应。若是程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操做系统会自动回收。

自由存储区

就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分类似的，不过它是用free来结束本身的生命的。

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（在之前的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，不容许修改。

（注意：堆和自由存储区其实不过是同一块区域，new底层实现代码中调用了malloc，new能够当作是malloc智能化的高级版本）

栈和堆的讨论

堆： 操做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，而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。咱们常说的内存泄露，最多见的就是堆泄露（还有资源泄露），它是指程序在运行中出现泄露，若是程序被关闭掉的话，操做系统会帮助释放泄露的内存。

栈： 在函数调用时第一个进栈的主函数中的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址而后是函数 的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈，而后是函数中的局部变量。

管理方式：

• 堆中资源由程序员控制（容易产生memory leak）。
• 栈资源由编译器自动管理，无需手工控制。

系统响应：

• 对于堆，应知道系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，删除空闲结点链表中的该结点，并将该结点空间分配给程序（大多数系统会在这块内存空间首地址记录本次分配的大小，这样delete才能正确释放本内存空间，另外系统会将多余的部分从新放入空闲链表中）。
• 对于栈，只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，不然报异常提示栈溢出。

空间大小：

• 堆是不连续的内存区域（由于系统是用链表来存储空闲内存地址，天然不是连续的），堆大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存（32bit系统理论上是4G），因此堆的空间比较灵活，比较大。
• 栈是一块连续的内存区域，大小是操做系统预约好的，windows下栈大小是2M（也有是1M，在编译时肯定，VC中可设置）。

碎片问题：

• 对于堆，频繁的new/delete会形成大量碎片，使程序效率下降。
• 对于栈，它是一个先进后出的队列，进出一一对应，不会产生碎片。

生长方向：

• 堆向上，向高地址方向增加。
• 栈向下，向低地址方向增加。

分配方式：

• 堆都是动态分配（没有静态分配的堆）。
• 栈有静态分配和动态分配，静态分配由编译器完成（如局部变量分配），动态分配由alloca函数分配，但栈的动态分配的资源由编译器进行释放，无需程序员实现。

分配效率：

• 堆由C/C++函数库提供，机制很复杂。因此堆的效率比栈低不少。
• 栈是极其系统提供的数据结构，计算机在底层对栈提供支持，分配专门寄存器存放栈地址，栈操做有专门指令。

“野指针”成因主要有两种：

（1）指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被建立时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。因此，指针变量在建立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。

（2）指针p被free或者delete以后，没有置为NULL，让人误觉得p是个合法的指针。

malloc/free与new/delete的区别：

malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。 它们均可用于申请动态内存和释放内存。

对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free没法知足动态对象的要求。对象在建立的同时要自动执行构造函数，对象在消亡以前要自动执行析构函数。因为malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限以内，不可以把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。

所以C++语言须要一个能完成动态内存分配和初始化工做的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存工做的运算符delete。注意new/delete不是库函数。

既然new/delete的功能彻底覆盖了malloc/free，为何C++不把malloc/free淘汰出局呢？这是由于C++程序常常要调用C函数，而C程序只能用malloc/free管理动态内存。

若是用free释放“new建立的动态对象”，那么该对象因没法执行析构函数而可能致使程序出错。若是用delete释放“malloc申请的动态内存”，结果也会致使程序出错，可是该程序的可读性不好。因此new/delete必须配对使用，malloc/free也同样。

动态分配和释放内存

C++ 提供了一种“动态内存分配”机制，使得程序能够在运行期间，根据实际须要，要求操做系统临时分配一片内存空间用于存放数据。此种内存分配是在程序运行中进行的，而不是在编译时就肯定的，所以称为“动态内存分配”。

在 C++ 中，经过 new 运算符来实现动态内存分配。
new 运算符的第一种用法：

T \*p = new T;
其中，T 是任意类型名，p 是类型为 T\* 的[指针]


**new 运算符还有第二种用法，用来动态分配一个任意大小的数组：**

T *p =new T[N];
//其中，T 是任意类型名，p 是类型为 T* 的指针，N 表明“元素个数”，能够是任何值为正整数的表达式，表达式中能够包含变量、函数调用等。这样的语句动态分配出 N × sizeof(T) 个字节的内存空间，这片空间的起始地址被赋值给 p。

程序从操做系统动态分配所得的内存空间在使用完后应该释放，交还操做系统，以便操做系统将这片内存空间分配给其余程序使用。C++ 提供 delete 运算符，用以释放动态分配的内存空间。delete 运算符的基本用法以下：

delete p;

若是是用 new 的第二种用法分配的内存空间，即动态分配了一个数组，那么释放该数组时，应以以下形式使用 delete 运算符：

delete\[\] p;

牢记，用 new 运算符动态分配的内存空间，必定要用 delete 运算符释放。不然，即使程序运行结束，这部份内存空间仍然不会被操做系统收回，从而成为被白白浪费掉的内存垃圾。这种现象也称为“内存泄露”。