C++ 内存管理

来自:wxquare

1、C++程序内存布局

在C++中,内存分成4个区,从低地址到高地址分别是常量区、全局数据区、堆区、栈区。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。堆,就是那些由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。自由存储区,就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free来结束自己的生命的。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,不允许修改。

2、堆和栈的区别

(1)管理方式不同;栈申请和释放由编译器管理,而堆的管理由程序员控制,所有容易产生内存泄露

(2)空间大小不同;栈一般很小,可以设置1M左右,堆内存基本没有限制。

(3)能否产生碎片不同;栈不会产生内存碎片,而堆内存由于频繁的new/delete会产生内存碎片。

(4)生长方向不同;栈从上往下高地址向低地址生产,堆由低地址向高地址生长

(5)分配方式不同;栈由编译器分配,堆由程序员动态分配

(6)分配效率不同;堆比栈的分配效率低得多

 

堆和栈相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址,EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用堆。虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界)。

3、内存操作错误及其对策

(1)内存分配未成功,却使用了它。编程新手常犯这种错误,因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是,在使用内存之前检查指针是否为NULL,应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理。

(2)内存分配虽然成功,但是尚未初始化就引用它。犯这种错误主要有两个起因:一是没有初始化的观念;二是误以为内存的缺省初值全为零,导致引用初值错误(例如数组)。内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准,尽管有些时候为零值。

(3)内存分配成功并且已经初始化,但操作越过了内存的边界。例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for循环语句中,循环次数很容易搞错,导致数组操作越界。

(4)忘记了释放内存,造成内存泄露。含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足,你看不到错误。终有一次程序突然死掉,系统出现提示:内存耗尽。动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc与free的使用次数一定要相同,否则肯定有错误(new/delete同理)。

(5)释放了内存却继续使用它。


【规则1】用malloc或new申请内存之后,应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。

【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。

【规则3】避免数组或指针的下标越界,特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。

【规则4】动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏。

【规则5】用free或delete释放了内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产生“野指针”。

4、malloc/free和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。它们都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无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数,对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符,不在编译器控制权限之内,不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new,以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢?这是因为C++程序经常要调用C函数,而C程序只能用malloc/free管理动态内存。如果用free释放“new创建的动态对象”,那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”,结果也会导致程序出错,但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用,malloc/free也一样。注意用new创建对象数组时,只能使用对象的无参构造函数。


5、内存泄露与valgrind检测内存使用情况http://www.cnblogs.com/wxquare/p/4840063.html

6、C++11智能指针与内存管理

7、对于内存有特殊要求的程序,可考虑自定义内存池,减少堆内申请和释放的次数,提高程序的效率 https://blog.csdn.net/chexlong/article/details/7071922

8、对于一些特殊的场合需要重载new/delete运算符http://blog.163.com/hbu_lijian/blog/static/126129153201211510361484/

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