1.98、C++的内存管理

1. 内存区域划分

C++程序运行时内存主要分为以下几个区域：

• • 栈（Stack）
  自动管理，由编译器负责分配和释放，存储函数的局部变量、参数和返回地址，访问速度快，空间有限，生命周期与作用域绑定。
• • 堆（Heap）
  动态分配，程序员通过new/delete或malloc/free手动管理，适合存储大对象和需要跨作用域存在的数据，分配释放开销较大，易产生内存泄漏。
• • 全局/静态存储区
  存储全局变量和静态变量，程序启动时分配，程序结束时释放。
• • 常量区
  存储字符串字面量和常量数据，程序结束时释放。
• • 代码区
  存储程序的机器指令代码。

2. 动态内存管理

• • 分配：使用new操作符（调用构造函数）或malloc函数（不调用构造函数）在堆上分配内存。
• • 释放：使用delete操作符（调用析构函数）或free函数释放内存。必须保证每个new对应delete，防止内存泄漏。

示例：

int* p = new int(10);  // 分配并初始化
delete p;              // 释放

3. 内存泄漏与野指针

• • 内存泄漏：动态分配的内存未被释放，导致系统可用内存减少，影响程序性能甚至崩溃。
• • 野指针：指向已释放内存的指针，访问会导致未定义行为。

避免策略：

• • 确保每个new对应delete。
• • 释放后将指针置为nullptr。
• • 使用智能指针自动管理内存。

4. 智能指针与RAII

• • 智能指针（如std::unique_ptr、std::shared_ptr）封装裸指针，自动释放内存，防止泄漏。
• • RAII（资源获取即初始化）原则：资源的申请绑定到对象构造，释放绑定到析构，利用对象生命周期自动管理资源，保证异常安全。

示例：

std::unique_ptr p(new MyClass());
// 离开作用域自动delete，无需手动释放

5. 内存管理的最佳实践

• • 优先使用栈和智能指针管理资源，减少裸指针使用。
• • 避免手动管理堆内存，防止遗漏释放。
• • 使用标准容器（如std::vector）管理动态数据。
• • 注意多线程环境下内存访问的同步。
• • 使用工具（如Valgrind）检测内存泄漏和错误。
• • 理解内存对齐、缓存友好等高级优化技术。

6. 其他高级技术

• • placement new：在指定内存位置构造对象，适用于内存池等场景。
• • 内存池：预分配大块内存，减少频繁分配释放开销。
• • 自定义删除器：配合智能指针管理非内存资源。

总结

C++内存管理涵盖从自动管理的栈，到手动管理的堆，再到智能指针和RAII的自动资源管理机制。良好的内存管理不仅避免内存泄漏和野指针，还能提升程序性能和健壮性。现代C++推荐使用智能指针和RAII模式，结合标准库容器，最大限度地减少手动管理内存的风险，确保代码安全、高效、易维护。
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