C++ 基础 -- 内存管理

一、内存分配方式

• 在 C++ 中，内存分成 5 个区：堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区

• 1、栈
  执行函数时，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被自动释放。
  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。

• 2、堆
  由 new分配的内存块，编译器不去管它们的释放，由应用程序去控制；
  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。

• 3、自由存储区
  由 malloc(全称 memory allocation)等分配的内存块，它和堆是十分相似的，不过它是用 free 来结束自己的生命的。

• 4、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

• 5、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。

二、区分堆、栈

void f() {int* p = new int[8];}

如上代码就包含了堆与栈，先 new 出来一块堆内存，指针 p 指向一块栈内存。
表示：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针 p。

程序经过编译、链接、生成执行程序后，堆和栈的起始地址就已经确定了（具体说，是通过“连接程序”），在一个具有反向增长的栈的 CPU 上，数据空间可表示如下：

在内存中，“堆”和“栈”共用全部的自由空间，只不过各自的起始地址和增长方向不同，它们之间并没有一个固定的界限，如果在运行时，“堆”和 “栈”增长到发生了相互覆盖时，称为“栈堆冲突”，系统肯定垮台。由于开销方面的原因，各种编译在实现中都没有考虑解决这个问题，只有靠设计者自己解决，比如增加内存等。

三、控制内存分配

• C++ 的一个常见问题是内存分配，即对 new 和 delete 操作符的失控。

　1、 内存分配未成功，却使用了它。

新手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。
如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。
如果是用malloc来申请内存，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，我们宁可信其无不可信其有。
所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略，不要嫌麻烦。

　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。