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逻辑之舞：C++ 内存分配与释放，在程序的舞台上，演绎着资源的分配与回收

news 2024/10/22 13:42:46

一、基本概念

二、运行方式

三、深度剖析

1. 内存分配

2. 内存释放

3. RAII（资源获取即初始化）

四、代码示例

五、易错提示

六、总结

一、基本概念

C++ 的内存管理主要涉及以下几个方面：

内存模型： C++ 采用的是堆栈模型，主要包括以下几个区域：
- 栈区（Stack）： 用于存放局部变量、函数参数、返回值等数据，具有先进后出的特点。
- 堆区（Heap）： 用于存放动态分配的内存，可以根据需要进行分配和释放，具有灵活性的特点。
- 全局/静态区（Global/Static）： 用于存放全局变量、静态变量等数据，在程序启动时分配，在程序结束时释放。
- 常量区（Constant）： 用于存放常量数据，一般在程序编译时分配。
- 代码区（Code）： 用于存放程序代码。
内存分配： C++ 提供了以下几种内存分配方式：
- 静态分配： 在编译时分配内存，例如全局变量、静态变量。
- 动态分配： 在运行时分配内存，使用 new 和 malloc 等函数。
内存释放： C++ 提供了以下几种内存释放方式：
- 自动释放： 栈区中的内存由系统自动释放，无需手动释放。
- 手动释放： 堆区中的内存需要手动释放，使用 delete 和 free 等函数。

二、运行方式

栈区： 栈区内存由编译器自动管理，在函数调用时分配，函数调用结束后自动释放。
堆区： 堆区内存由程序员手动管理，使用 new 或 malloc 函数分配内存，使用 delete 或 free 函数释放内存。
内存泄漏： 如果程序员忘记释放堆区中的内存，会导致内存泄漏，最终导致系统崩溃。
悬挂指针： 如果释放了指向堆区内存的指针，但该内存仍然被其他指针引用，会导致悬挂指针，访问悬挂指针会导致程序崩溃。

三、深度剖析

1. 内存分配

new 和 malloc：
- new 是 C++ 的关键字，用于在堆区分配内存，并返回指向分配内存的指针。
- malloc 是 C 语言库函数，也用于在堆区分配内存，但返回的是 void* 类型指针，需要进行类型转换。
内存分配器： C++ 使用内存分配器来管理堆区的内存，常用的内存分配器有 std::allocator、std::operator new等。
内存池： 为了提高内存分配的效率，可以采用内存池技术，预先分配一块较大的内存区域，然后将该区域划分为多个大小不同的内存块，当需要分配内存时，直接从内存池中获取即可，避免频繁调用系统函数。

2. 内存释放

delete 和 free：
- delete 用于释放由 new 分配的内存。
- free 用于释放由 malloc 分配的内存。
内存释放顺序： 释放内存时，需要按照分配顺序进行释放，否则会导致内存泄漏或其他错误。

3. RAII（资源获取即初始化）

RAII 原则： RAII 是一种 C++ 内存管理技术，它将资源的获取和释放与对象的构造和析构函数绑定在一起。
实现方式： 使用类来封装资源，在构造函数中获取资源，在析构函数中释放资源。
优点： RAII 可以确保资源在对象的生命周期内得到正确的管理，避免内存泄漏和悬挂指针。

四、代码示例

#include <iostream>class MyClass 
{
public:MyClass() {data = new int[10]; // 在构造函数中分配内存std::cout << "MyClass object created." << std::endl;}~MyClass() {delete[] data; // 在析构函数中释放内存std::cout << "MyClass object destroyed." << std::endl;}void printData() {for (int i = 0; i < 10; i++) {std::cout << data[i] << " ";}std::cout << std::endl;}private:int* data;
};int main() 
{MyClass obj; // 创建 MyClass 对象，自动调用构造函数分配内存obj.printData();// 对象超出作用域，自动调用析构函数释放内存return 0;
}