一、內存基礎

1、內存分布

通過下面一張圖看看C++的內存分布：

棧區：由編譯器自動分配與釋放，存放為程序運行時函數分配的局部變量、函數參數；棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配內存的容量有限；

堆區：由new、malloc分配的內存塊，釋放由應用程序控制，不需要編譯器釋放；如果程序員沒有對該內存進行釋放，程序結束后系統自動回收，堆的地方比棧大很多；

靜態區：存放的是static的靜態變量和一些全局變量，特點是只讀、大小固定；靜態變量和全局變量的存儲期是一起的，一旦靜態區的內存被分配，要一直等到程序全部結束后才釋放；

2、棧區與堆區的區別

1、分配方式不同：棧區系統分配系統回收；堆區由程序員手動申請，需要求程序員自行回收，如果沒有回收，系統在程序結束后會進行回收，這種情況會造成內存泄漏；

2、生命周期不同：棧區生命周期是系統分配到系統回收，也就是在大括號內；堆區是從申請到釋放；

3、效率不同：主要原因是地址空間是否連續，棧區地址空間是連續的，效率會高一些；堆區地址空間不連續，需要遍歷鏈表才能找到最近的地址，效率會低一些；

4、內存碎片：堆區容易產生內存碎片，棧區不會；

5、生長方向不同：棧區申請空間的地址（表示地址的八個十六進制數）是從大到小的，堆區申請空間地址是從小到大的。棧區是先進后出的原則，類比棧結構的特點；

• 棧區特點：更好的局部性，對象自動銷毀；
• 堆區特點：運行期動態擴展，需要顯示釋放；

注意點：申請的空間是在堆區，變量本身是在棧區！

二、內存分配

1、內存分配方式

可操作的內存分配：

• 靜態存儲區分配：static靜態變量、全局變量；
• 棧上分配：局部變量；
• 堆上分配：new、malloc進行內存分配；

不可操作的內存分配：

內核區、代碼區、局部變量的分配也屬于系統分配；

2、new的用法

C++中通常使用new、delete來構造和銷毀對象；

使用new創建對象，返回的是對象的首地址，需要用指針接收：

對象的構建和銷毀分為兩步：分配內存、所分配內存上構造對象（銷毀與之類似）；

new的幾種常見形式：

• new int(2) ：構造單一對象、new int[5]：構造數組；
• nothrow new：標準庫定義，解決內存分配失敗異常的問題；
• placement new：使用已經創建的內存，跳過分配內存；
• new auto；

3、delete用法

根據分配的是單一對象還是數組，采用相應的方式銷毀；

不能delete一個非new返回的內存（也就是棧內存）；
delete nullptr是可被允許的；
同一塊內存不能delete多次；

4、new與malloc的區別

  new不需要指定分配多大，malloc使用的時候必須指定大小；new的底層實現就是malloc，兩者都必須釋放內存，不否則容易造成野指針或內存泄漏。需要注意一點，釋放內存后需設置相關指針為空指針；

總結：

• 屬性：new為關鍵字（編譯器），malloc是庫函數（需引入頭文件）；
• 參數：new無需指定大小，malloc需指定大小；
• 返回類型：new返回對象指針，malloc返回void*；
• 對于自定義的類：new會調用構造和析構函數，malloc不會調用構造和析構函數；
• 分配失敗：new會拋出異常，malloc會返回空；

5、內存泄漏

是指由于疏忽或錯誤造成程序未能釋放掉不再使用的內存的情況，內存泄漏并非指內存在物理上的小時，而是應用程序分配某段內存后，由于設計錯誤，失去該段內存的控制從而造成內存浪費；

可能的原因：

• 1、申請后未釋放（最常見）
• 2、void* 指針的釋放
• 3、new[] 回收時沒有用delete[] ，數組的回收要注意

三、內存拓展

1、內存概念

  計算機重要部件之一，是外存與CPU進行溝通的橋梁。計算機所有程序都是在內存運行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存也稱為內存儲器和主存儲器，作用是暫時存放CPU的運算數據，以及與硬盤等外部存儲器交換的數據；

尋址空間：保存內存地址的多少，通常我們說的4G內存，就表示計算機能保存2的32次方個地址，也就是能找到這些地址上的二進制信息；

尋址能力：每個地址里能存多少個bit，現在的計算機大多數是16位機器了；

2、虛擬內存

使得系統運行實際的內存空間比想象的大得多，虛擬內存是可以遠大于物理內存的，同時主要為了使程序運行的時候可以不限制于只訪問內存大小，可以通過虛擬內存地址去訪問磁盤空間；

每一個進程虛擬內存都是獨立的，獨立的享有計算機的內存。虛擬內存地址的大小是與地址總線位數相關，物理內存地址的大小是與物理內存條的容量與磁盤容量相關。

四、思考

1、代碼中的b屬于棧區還是堆區？

b是在棧區的變量，由于b是一個局部變量，隨著函數域 的結束被釋放，不需要程序員自行釋放，盡管b使用new進行初始化，還是可以認為分配在棧區；

總結：

本次系統的從內存的基礎概念到內存分配進行了講解，內存是我們開發中最重要的一部分，往往邏輯上的錯誤就會造成內存泄漏，導致程序無法運行。或者一些分配內存的方式不夠細心，也會造成冗余內存的使用。在目前的很多嵌入式板子上，針對內存的接口是必備的，往往也都是基于malloc修改；
還有一點需要注意，不管任何機器上運行程序，操作的都是虛擬內存，內部通過頁表定位到對應的物理內存。關于硬件方面的本質，如果做嵌入式端的話需要深入研究。

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