C++ 內存管理

內存分配方式

在C++中，內存分紅5個區，他們分別是堆、棧、自由存儲區、全局/靜態存儲區和常量存儲區。

棧 -- 由編譯器自動分配釋放

在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元均可以在棧上建立，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，可是分配的內存容量有限。
是由編譯器在須要時自動分配，不須要時自動清除的變量存儲區。一般存放局部變量、函數參數等。

堆 -- 通常由程序員分配釋放

就是那些由new分配的內存塊，他們的釋放編譯器不去管，由咱們的應用程序(程序員)去控制，通常一個new就要對應一個delete，一個new[]與一個delete[]對應。若是程序員沒有釋放掉，那麼在程序結束後，操做系統會自動回收。

自由存儲區

就是那些由malloc等分配的內存塊，他和堆是十分類似的，不過它是用free來結束本身的生命的。

全局/靜態存儲區

全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中（在之前的C語言中，全局變量又分爲初始化的和未初始化的，在C++裏面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊內存區。）

常量存儲區

這是一塊比較特殊的存儲區，他們裏面存放的是常量，不容許修改。

（注意：堆和自由存儲區其實不過是同一塊區域，new底層實現代碼中調用了malloc，new能夠當作是malloc智能化的高級版本）

棧和堆的討論

堆： 操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒結點鏈表中刪 除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣代碼 中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。咱們常說的內存泄露，最多見的就是堆泄露（還有資源泄露），它是指程序在運行中出現泄露，若是程序被關閉掉的話，操做系統會幫助釋放泄露的內存。

棧： 在函數調用時第一個進棧的主函數中的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址而後是函數 的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧，而後是函數中的局部變量。

管理方式：

• 堆中資源由程序員控制（容易產生memory leak）。
• 棧資源由編譯器自動管理，無需手工控制。

系統響應：

• 對於堆，應知道系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序申請時，遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於申請空間的堆結點，刪除空閒結點鏈表中的該結點，並將該結點空間分配給程序（大多數系統會在這塊內存空間首地址記錄本次分配的大小，這樣delete才能正確釋放本內存空間，另外系統會將多餘的部分從新放入空閒鏈表中）。
• 對於棧，只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統爲程序提供內存，不然報異常提示棧溢出。

空間大小：

• 堆是不連續的內存區域（由於系統是用鏈表來存儲空閒內存地址，天然不是連續的），堆大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存（32bit系統理論上是4G），因此堆的空間比較靈活，比較大。
• 棧是一塊連續的內存區域，大小是操做系統預約好的，windows下棧大小是2M（也有是1M，在編譯時肯定，VC中可設置）。

碎片問題：

• 對於堆，頻繁的new/delete會形成大量碎片，使程序效率下降。
• 對於棧，它是一個先進後出的隊列，進出一一對應，不會產生碎片。

生長方向：

• 堆向上，向高地址方向增加。
• 棧向下，向低地址方向增加。

分配方式：

• 堆都是動態分配（沒有靜態分配的堆）。
• 棧有靜態分配和動態分配，靜態分配由編譯器完成（如局部變量分配），動態分配由alloca函數分配，但棧的動態分配的資源由編譯器進行釋放，無需程序員實現。

分配效率：

• 堆由C/C++函數庫提供，機制很複雜。因此堆的效率比棧低不少。
• 棧是極其系統提供的數據結構，計算機在底層對棧提供支持，分配專門寄存器存放棧地址，棧操做有專門指令。

「野指針」成因主要有兩種：

（1）指針變量沒有被初始化。任何指針變量剛被建立時不會自動成爲NULL指針，它的缺省值是隨機的，它會亂指一氣。因此，指針變量在建立的同時應當被初始化，要麼將指針設置爲NULL，要麼讓它指向合法的內存。

（2）指針p被free或者delete以後，沒有置爲NULL，讓人誤覺得p是個合法的指針。

malloc/free與new/delete的區別：

malloc與free是C++/C語言的標準庫函數，new/delete是C++的運算符。 它們均可用於申請動態內存和釋放內存。

對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free沒法知足動態對象的要求。對象在建立的同時要自動執行構造函數，對象在消亡以前要自動執行析構函數。因爲malloc/free是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限以內，不可以把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free。

所以C++語言須要一個能完成動態內存分配和初始化工做的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工做的運算符delete。注意new/delete不是庫函數。

既然new/delete的功能徹底覆蓋了malloc/free，爲何C++不把malloc/free淘汰出局呢？這是由於C++程序常常要調用C函數，而C程序只能用malloc/free管理動態內存。

若是用free釋放「new建立的動態對象」，那麼該對象因沒法執行析構函數而可能致使程序出錯。若是用delete釋放「malloc申請的動態內存」，結果也會致使程序出錯，可是該程序的可讀性不好。因此new/delete必須配對使用，malloc/free也同樣。

動態分配和釋放內存

C++ 提供了一種「動態內存分配」機制，使得程序能夠在運行期間，根據實際須要，要求操做系統臨時分配一片內存空間用於存放數據。此種內存分配是在程序運行中進行的，而不是在編譯時就肯定的，所以稱爲「動態內存分配」。

在 C++ 中，經過 new 運算符來實現動態內存分配。
new 運算符的第一種用法：

T \*p = new T;
其中，T 是任意類型名，p 是類型爲 T\* 的[指針]


**new 運算符還有第二種用法，用來動態分配一個任意大小的數組：**

T *p =new T[N];
//其中，T 是任意類型名，p 是類型爲 T* 的指針，N 表明「元素個數」，能夠是任何值爲正整數的表達式，表達式中能夠包含變量、函數調用等。這樣的語句動態分配出 N × sizeof(T) 個字節的內存空間，這片空間的起始地址被賦值給 p。

程序從操做系統動態分配所得的內存空間在使用完後應該釋放，交還操做系統，以便操做系統將這片內存空間分配給其餘程序使用。C++ 提供 delete 運算符，用以釋放動態分配的內存空間。delete 運算符的基本用法以下：

delete p;

若是是用 new 的第二種用法分配的內存空間，即動態分配了一個數組，那麼釋放該數組時，應以以下形式使用 delete 運算符：

delete\[\] p;

牢記，用 new 運算符動態分配的內存空間，必定要用 delete 運算符釋放。不然，即使程序運行結束，這部份內存空間仍然不會被操做系統收回，從而成爲被白白浪費掉的內存垃圾。這種現象也稱爲「內存泄露」。