C++内存管理机制探析-优快云博客

本文探讨了C++的内存管理，从硬件层面到程序地址空间，详细讲解了内存的划分，包括常量、栈、堆、自由存储和全局静态。通过实例展示了类在内存中的布局，以及虚函数如何影响内存分配。并提到了C++运行时如何管理内存，以及内存分配与Win32API的关系。

我一直觉得内存是很复杂的东西......也许我把这篇文章完成的时候，我会了解一点c++的内存管理机制

从硬件开始

内存器地址空间->总线地址空间->cpu地址空间->虚拟内存地址空间->程序地址空间（逻辑地址空间）

程序地址空间对c++程序员来说是可见的，其他地址空间我们并不关心

通过打印pointer的值可以得到我们设立的变量和代码段在程序地址空间得分布情况

虚拟内存地址空间由操作系统管理，它把复杂的内存地址空间虚拟成一个平坦的巨大的虚拟内存地址空间

在32位机上，这一空间大小是4GB

在c++程序中内存空间被分为几个区域：

常量栈堆自由存储全局和静态

#include < stdio.h >

int main()
{
char * p1 = " hello " ;
char p2[ 10 ] = " hello " ;
char * p3 = " hello " ;
printf( " %d %d %d " ,p1,p2,p3);
getchar();
}

从这段代码可以看到 p1和p3地址相同（这不是一定的，取决于编译器优化，但现在的编译器几乎都是）它们跟p2相隔很远其原因就是字符串常量保存于常量区，常量区的值不能被修改。

但是const修饰符跟常量区无关。

exceptional c++还特别强调了一点：堆跟自由存储之间的关系。标准中堆是malloc realloc和free这样的c函数使用的内存自由存储是new和delete使用的内存标准没有规定他们是否相关联唯一可以肯定的是 malloc 和free不会用new 和delete实现。

堆跟自由存储这样有些暧昧的联系确实令人难以理解，在我的认识中 new 和delete的语义更倾向于说明性 malloc和free更倾向于过程性（命令性）,即new和delete只关心结果 malloc和free则明确规定了实现方式。相应地，自由存储和堆的语义也有类似的关系，一般来说自由存储由堆来实现是很自然的。

栈是一个跟汇编语言中栈几乎重叠的概念，在c++中栈负责函数参数传递和函数局部变量存储（包括main），所有函数共享一个栈，他们各自使用一个栈段。像在汇编中一样栈内存不仅可以由push和pop操作，还能被随机访问。（除了栈顶指针寄存器之外，还有栈偏移指针寄存器）因此栈内存中的变量可以随意使用。

全局和静态变量空间凡是static修饰的变量和函数都存储在这一空间中全局变量也存储在这个空间中，其中还包括了全局函数和类的静态成员函数。

特别提出的是类的非静态成员函数不在其中，类的非静态成员函数不允许取地址，也无法通过函数指针访问。甚至类型强制转换都被不允许。换句话说，类的成员函数就好像不在内存中一样。

这幅图片盗链自msdn :P 它属于http://www.microsoft.com/china/msdn/archives/library/techart/heap3.asp#heap3_commonproblems一文

从这里看出一个c++程序的alloc函数显然不会理会win32api中的内存分配函数
来自那篇文章的解释：C/C++ 运行时 (CRT) 分配程序创建自己的私有堆，驻留在 Win32 堆的顶部

在所有虚拟内存系统中，堆驻留在操作系统的“虚拟内存管理器”的顶部。语言运行时堆也驻留在虚拟内存顶部。某些情况下，这些堆是操作系统堆中的层，而语言运行时堆则通过大块的分配来执行自己的内存管理。不使用操作系统堆，而使用虚拟内存函数更利于堆的分配和块的使用。

写到这里我似乎发现话题离c++越来越远了现在我不想关心c++是如何工作在虚拟内存上的，回到更贴近c++编程的问题上来，类在内存中如何摆放。

我写了一段程序来观察c++的类的内存：

template < class T > void memory_show(T * var)
{
    cout << "    " << " address： " <<* ( int * ) & var << endl;
    cout << "    " << " size： " << sizeof ( * var) << endl;
    cout << "    " << " bin value： " ;
     char * start = ( char * )var;
     for ( int i = 0 ;i < sizeof ( * var);i ++ )
    {
         char k = start[i];
         int c = 8 ;
         while (c -- )
        {
            cout << k % 2 ;
            k /= 2 ;
        }
        cout << " " ;
    }
    cout << endl;
}

其实我是这样想的它接受2个参数编译时用模板接受一个类型运行时接受一个指针然后根据它们来查看一个对象的内存使用情况。

我把它用于这样一段代码

#include < iostream >

using namespace std;

class cls

{

public:

int a;

char b;

char c;

cls():a(5),b(97),c(2)

{

}

} ;

template < class T > void memory_show(T * var);

int main()

{

cls a;

cout<<"cls object a:"<<endl;

memory_show<cls>(&a);

cout<<"int a.a:"<<endl;

memory_show<int>(&a.a);

cout<<"char a.b:"<<endl;

memory_show<char>(&a.b);

cout<<"char a.c:"<<endl;

memory_show<char>(&a.c);

getchar();

}

cls object a:
address：2293616
size：8
bin value：10100000 00000000 00000000 00000000 10000110 01000000 00000000 0000
0000
int a.a:
address：2293616
size：4
bin value：10100000 00000000 00000000 00000000
char a.b:
address：2293620
size：1
bin value：10000110
char a.c:
address：2293621
size：1
bin value：01000000