1. C/C++內(nèi)存分布

先看下面的代碼：

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
	static int staticVar = 1;
    int localVar = 1;
 
 	int num1[10] = { 1, 2, 3, 4 };
 	char char2[] = "abcd";
 	const char* pChar3 = "abcd";
	 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
	 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
	 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int) * 4);
 	free(ptr1);
 	free(ptr3);
}

1. 棧又叫堆棧–非靜態(tài)局部變量/函數(shù)參數(shù)/返回值等等，棧是向下增長(zhǎng)的。
3. 堆用于程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，堆是可以上增長(zhǎng)的。
4. 數(shù)據(jù)段–存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。
5. 代碼段–可執(zhí)行的代碼/只讀常量。

選擇題：
選項(xiàng): A.棧 B.堆 C.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū)) D.代碼段(常量區(qū))
globalVar在哪里？ staticGlobalVar在哪里？staticVar在哪里？ localVar在哪里？num1 在哪里？char2在哪里？ *char2在哪里？pChar3在哪里？ *pChar3在哪里？ ptr1在哪里？*ptr1在哪里？
答：首先，全局變量存放在靜態(tài)區(qū)，靜態(tài)變量存放在靜態(tài)區(qū)里，局部變量存放在棧區(qū)里，自己開辟的內(nèi)存（malloc,calloc,realloc,new）放在堆區(qū)里。
pChar3,ptr1,ptr2,ptr3這些數(shù)據(jù)放在棧區(qū)，而*pChar指向的內(nèi)存放在常量區(qū)，*ptr1,*ptr2,*ptr3指向的內(nèi)存放在棧區(qū)。
globalVar在哪里？C ; staticGlobalVar在哪里？C;
staticVar在哪里？C ;localVar在哪里？A ; num1 在哪里？A;
char2在哪里？A ; *char2在哪里？A;
pChar3在哪里？A ; *pChar3在哪里？D;
ptr1在哪里？A ; *ptr1在哪里？B;

2. C語言中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式

C語言中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式:malloc/calloc/realloc/free

3. C++中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理

C語言內(nèi)存管理方式在C++中可以繼續(xù)使用，但有些地方就無能為力，而且使用起來比較麻煩，因此C++又提出了自己的內(nèi)存管理方式：通過new和delete操作符進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。
注意：申請(qǐng)和釋放單個(gè)元素的空間，使用new和delete操作符，申請(qǐng)和釋放連續(xù)的空間，使用
new[]和delete[]，注意：匹配起來使用。

int main()
{
	// 動(dòng)態(tài)申請(qǐng)一個(gè)int類型的空間并初始化為 5
	int* ptr1 = new int(5);
	// 動(dòng)態(tài)申請(qǐng)10個(gè)int類型的空間
	int* ptr2 = new int[10];

	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		ptr2[i] = i;
	}
	cout << "ptr1 = " << * ptr1 << endl;
	cout << "ptr2 = ";
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		cout << ptr2[i] << ' ';
	}
	cout << endl;
	delete ptr1;
	delete[] ptr2;

	return 0;
}

4. operator new與operator delete函數(shù)

系統(tǒng)提供的全局函數(shù)，new在底層調(diào)用operator new全局函數(shù)來申請(qǐng)空間，delete在底層通過operator delete全局函數(shù)來釋放空間。

/*
operator new：該函數(shù)實(shí)際通過malloc來申請(qǐng)空間，當(dāng)malloc申請(qǐng)空間成功時(shí)直接返回；申請(qǐng)空間
失敗，嘗試執(zhí)行空               間不足應(yīng)對(duì)措施，如果改應(yīng)對(duì)措施用戶設(shè)置了，則繼續(xù)申請(qǐng)，否
則拋異常。
*/
void *__CRTDECL operator new(size_t size) _THROW1(_STD bad_alloc)
{
// try to allocate size bytes
void *p;
while ((p = malloc(size)) == 0)
     if (_callnewh(size) == 0)
     {
         // report no memory
         // 如果申請(qǐng)內(nèi)存失敗了，這里會(huì)拋出bad_alloc 類型異常
         static const std::bad_alloc nomem;
         _RAISE(nomem);
     }
return (p);
}
/*
operator delete: 該函數(shù)最終是通過free來釋放空間的
*/
void operator delete(void *pUserData)
{
     _CrtMemBlockHeader * pHead;
     RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pUserData, 0));
     if (pUserData == NULL)
         return;
     _mlock(_HEAP_LOCK);  /* block other threads */
     __TRY
         /* get a pointer to memory block header */
         pHead = pHdr(pUserData);
          /* verify block type */
         _ASSERTE(_BLOCK_TYPE_IS_VALID(pHead->nBlockUse));
         _free_dbg( pUserData, pHead->nBlockUse );
     __FINALLY
         _munlock(_HEAP_LOCK);  /* release other threads */
     __END_TRY_FINALLY
     return;
}
/*
free的實(shí)現(xiàn)
*/
#define   free(p)               _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK)

通過上述兩個(gè)全局函數(shù)的實(shí)現(xiàn)知道，operator new 實(shí)際也是通過malloc來申請(qǐng)空間，如果malloc申請(qǐng)空間成功就直接返回，否則執(zhí)行用戶提供的空間不足應(yīng)對(duì)措施，如果用戶提供該措施就繼續(xù)申請(qǐng)，否則就拋異常。operator delete 最終是通過free來釋放空間的。

5. new和delete的實(shí)現(xiàn)原理

5.1 內(nèi)置類型

如果申請(qǐng)的是內(nèi)置類型的空間，new和malloc，delete和free基本類似，不同的地方是：new/delete申請(qǐng)和釋放的是單個(gè)元素的空間，new[]和delete[]申請(qǐng)的是連續(xù)空間，而且new在申請(qǐng)空間失敗時(shí)會(huì)拋異常，malloc會(huì)返回NULL。

5.2 自定義類型

new的原理

• 調(diào)用operator new函數(shù)申請(qǐng)空間
• 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，完成對(duì)象的構(gòu)造

delete的原理

• 在空間上執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成對(duì)象中資源的清理工作
• 調(diào)用operator delete函數(shù)釋放對(duì)象的空間

new T[N]的原理

• 調(diào)用operator new[]函數(shù)，在operator new[]中實(shí)際調(diào)用operator new函數(shù)完成N個(gè)對(duì)象空間的申請(qǐng)
• 在申請(qǐng)的空間上執(zhí)行N次構(gòu)造函數(shù)

delete[]的原理

• 在釋放的對(duì)象空間上執(zhí)行N次析構(gòu)函數(shù)，完成N個(gè)對(duì)象中資源的清理
• 調(diào)用operator delete[]釋放空間，實(shí)際在operator delete[]中調(diào)用operator delete來釋放空間

6. malloc/free和new/delete的區(qū)別

malloc/free和new/delete的共同點(diǎn)是：都是從堆上申請(qǐng)空間，并且需要用戶手動(dòng)釋放。不同的地
方是：
1.malloc和free是函數(shù)，new和delete是操作符
2.malloc申請(qǐng)的空間不會(huì)初始化，new可以初始化
3.malloc申請(qǐng)空間時(shí)，需要手動(dòng)計(jì)算空間大小并傳遞，new只需在其后跟上空間的類型即可，如果是多個(gè)對(duì)象，[]中指定對(duì)象個(gè)數(shù)即可
4.malloc的返回值為void*, 在使用時(shí)必須強(qiáng)轉(zhuǎn)，new不需要，因?yàn)閚ew后跟的是空間的類型
5.malloc申請(qǐng)空間失敗時(shí)，返回的是NULL，因此使用時(shí)必須判空，new不需要，但是new需要捕獲異常
6.申請(qǐng)自定義類型對(duì)象時(shí)，malloc/free只會(huì)開辟空間，不會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)，而new在申請(qǐng)空間后會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)象的初始化，delete在釋放空間前會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成空間中資源的

7.內(nèi)存泄漏

什么是內(nèi)存泄漏，內(nèi)存泄漏的危害

內(nèi)存泄漏：內(nèi)存泄漏指因?yàn)槭韬龌蝈e(cuò)誤造成程序未能釋放已經(jīng)不再使用的內(nèi)存的情況。內(nèi)存泄漏并不是指內(nèi)存在物理上的消失，而是應(yīng)用程序分配某段內(nèi)存后，因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤，失去了對(duì)該段內(nèi)存的控制，因而造成了內(nèi)存的浪費(fèi)。
內(nèi)存泄漏的危害：長(zhǎng)期運(yùn)行的程序出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，影響很大，如操作系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)等等，出現(xiàn)內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)越來越慢，最終卡死。

內(nèi)存泄漏分類（了解）

C/C++程序中一般我們關(guān)心兩種方面的內(nèi)存泄漏：
堆內(nèi)存泄漏(Heap leak)
堆內(nèi)存指的是程序執(zhí)行中依據(jù)須要分配通過malloc / calloc / realloc / new等從堆中分配的一塊內(nèi)存，用完后必須通過調(diào)用相應(yīng)的 free或者delete 刪掉。假設(shè)程序的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致這部分內(nèi)存沒有被釋放，那么以后這部分空間將無法再被使用，就會(huì)產(chǎn)生Heap Leak。
系統(tǒng)資源泄漏
指程序使用系統(tǒng)分配的資源，比方套接字、文件描述符、管道等沒有使用對(duì)應(yīng)的函數(shù)釋放掉，導(dǎo)致系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，嚴(yán)重可導(dǎo)致系統(tǒng)效能減少，系統(tǒng)執(zhí)行不穩(wěn)定。

如何避免內(nèi)存泄漏

• 工程前期良好的設(shè)計(jì)規(guī)范，養(yǎng)成良好的編碼規(guī)范，申請(qǐng)的內(nèi)存空間記著匹配的去釋放。ps：這個(gè)理想狀態(tài)。但是如果碰上異常時(shí)，就算注意釋放了，還是可能會(huì)出問題。需要下一條智能指針來管理才有保證。
• 采用RAII思想或者智能指針來管理資源。
• 出問題了使用內(nèi)存泄漏工具檢測(cè)。ps：不過很多工具都不夠靠譜，或者收費(fèi)昂貴。

總結(jié)一下:
內(nèi)存泄漏非常常見，解決方案分為兩種：1、事前預(yù)防型。如智能指針等。2、事后查錯(cuò)型。如泄漏檢測(cè)工具。

以上就是C++中的數(shù)據(jù)內(nèi)存分布原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++ 數(shù)據(jù)內(nèi)存分布的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！