淺談C++內存管理基礎知識

更新時間：2021年11月18日 11:29:44 作者：胡代洲

這篇文章主要為大家介紹了C++的內存管理，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助

概述

內存管理的原理龐大而復雜，然而這些都被操作系統(tǒng)進行了封裝，并對外預留了API，這些api被c++調用，同時也被c++再次進行了封裝，再面向程序員預留出了語法特性的接口，作為使用c++的程序員，我們只需要掌握c++預留的內存管理特性即可，就像我們開車不需要管變數箱、發(fā)動機是怎么變速、點火的，我們只需要掌握汽車給我們預留的接口，方向盤、剎車、油門如何使用即可。

c++程序容易出bug，主要就是因為內存管理部分的復雜性 ,java、python等語言提供了更多的封裝，所以降低了程序員的操作難度和犯錯的可能。就像自動檔的汽車一樣，沒有了離合，自然就不會因操作失誤把變速箱損壞。

c++可用內存

c語言的可用內存

在c語言中我們的可用內存主要分以下幾個區(qū)域：

棧，用于存放局部變量。
全局數據區(qū)/靜態(tài)數據區(qū)，用于存放全局變量和靜態(tài)局部變量。
const數據區(qū)，該區(qū)域在內存中實際是沒有指定分區(qū)的，他存在于全局數據區(qū)或者棧中，const不能被修改是被編譯器限制的，在物理內存中根本就沒有只讀類型的內存。所以有時候我們在討論分區(qū)的時候，不會提到const區(qū)，因為他根本就沒有獨立存在。
代碼段，當然是用來存放代碼，在linux下，我們的可執(zhí)行代碼從rom中讀取到內存中執(zhí)行，雖說內存可讀可寫，但是在操作系統(tǒng)的監(jiān)控下，這段內存也是只讀不寫的區(qū)域。
堆，c中的堆由malloc申請，free釋放，底層也是由操作系統(tǒng)提供給我們的程序的一段內存。

c++新增內存區(qū)域

c中的內存分區(qū)在c++中全部都存在，而c++新增了自由存儲區(qū)，使用new來申請，delet來釋放，實際和malloc申請的內存在一個區(qū)域，new使用內存示例如下：

int *p = new int;
*p=6;
cout << "*p=" << *p << endl;
delete p;

new和malloc

linux平臺中new內部其實還是通過malooc來申請的內存，只是附加做了些其他工作，例如調用類的構造函數來初始化。malloc返回的就像一塊荒地，需要你自己來規(guī)劃，而new返回的是一個修好基建的區(qū)域給你。

malloc	new
c庫函數	運算符、關鍵字
分配空間由傳參決定	大小由數據類型決定，編譯器自動計算
返回值void *	明確的類型，申請啥返回啥
free釋放	delete、delet[ ]釋放
申請內存不初始化	可以隱式和顯示初始化
無構造函數	執(zhí)行構造函數
申請失敗返回NULL	申請失敗返回bad_alloc異常

智能指針引入

我們說，cpu決定了匯編指令、匯編決定了c和c++，所以c/c++的指針是天然的，用來支持匯編的間接尋址，可以說是cpu決定的指針。所以指針是無法避開的，指針的優(yōu)勢是太靈活，劣勢也是太靈活，尤其是與動態(tài)內存、構造、析構結合使用后容易出錯，所以c++發(fā)明了一種智能指針，有程序員和專門設計的自動管理機制共同把控以減少出錯。這種自動管理機制在c中就有體現，如棧就是自動管理的結果。

智能指針是普通指針的升級版，本身具備指針的功能，且多出一些自動釋放資源的機制，當然，智能指針的使用會比普通指針要多消耗一些資源和開銷。在c++中，智能指針不是唯一的，有很多類型的智能指針，各有優(yōu)劣和適應的場景。使用智能指針時，須按照設計，正確使用，否則容易導致災難。

智能指針的實現

將普通指針封裝為棧式復合指針對象，內部包含了除了真正指向目標的指針外還有些其他東西，如使用次數記錄等，要使用智能指針，我們需要注意以下問題：

將智能指針本身定義為局部（棧上），實現指針本身被自動回收的。
智能指針內部設計為當指針本身要被彈棧釋放時，執(zhí)行事先掛接好的清理函數，也就是說智能指針內部應該有一個函數指針，指向我們的清理函數。
智能指針需要使用庫為其提供的方法和運算符來重載使用。

java延伸

java語言整體框架

為了保證知識的完整，我們簡單的介紹一下java的內容，來了解一些優(yōu)質方法。

cpu ->系統(tǒng)內核 -> 應用層框架 -> java虛擬機 -> Java字節(jié)碼 -> java源碼

從上面的架構，我們能看出來，java比c/c++多了三層，java的源碼編譯輸出的并不是cpu可執(zhí)行的機器碼，而是被編譯成java字節(jié)碼，這個東西完全是java自己定義的一種東西，只能在JVM（java虛擬機）上運行， JVM再基于一些內核提供的框架來運行，所以說java是一種解釋性語言，他完全靠JVM進行解釋，而c/c++是編譯型語言，源碼直接編譯成cpu可執(zhí)行的機器碼。正因為有了JVM，所以java可以跨平臺運行，哪里有JVM哪里就可以運行java，前提是不同平臺的JVM能相互兼容，java的運行穩(wěn)定性取決于JVM。