C++内存管理

C++程序运行的环境(内存布局)

堆区(heap area)
存放new出来的对象。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序运行结束时由操作系统回收。

栈区(stack area)
利用栈实现函数的调用，每个函数对应一个栈桢，调用函数时栈桢入栈，调用结束时栈桢出栈。
栈桢包含以下内容：

• 参数和局部变量

• 函数的返回地址
  也就是函数执行完成后从哪里开始继续执行后面的代码

• 一些需要保存的寄存器
  例如 ebp、ebx、esi、edi 等。之所以要保存寄存器的值，是为了在函数退出时能够恢复到函数调用之前的场景，继续执行上层函数。

静态数据区：

代码区：
存放编译完成以后的机器码
这个内存区域是只读的，不会再修改，但也不绝对。现代语言的运行时已经越来越动态化，除了保存机器码，还可以存放中间代码，并且还可以在运行时把中间代码编译成机器码，写入代码区。

堆vs栈

	堆	栈
申请方式	手动	自动
碎片问题	new/delete会造成碎片问题	栈是一个先进后出的队列，进出一一对应，不会产生碎片
分配方式	堆都是动态分配（没有静态分配的堆）	栈有静态分配和动态分配，静态分配由编译器完成（如局部变量分配），动态分配由alloca函数分配，但栈的动态分配的资源也是由编译器进行释放，无需程序员动手实现
生长方向	堆向高地址方向增长。	栈向低地址方向增长
缓存方式	栈使用的是一级缓存， 它们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放；	堆则是存放在二级缓存中，速度要慢些。
内存管理机制	系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序申请时，遍历该链表，寻找第一个空间大于申请空间的堆结点，将该结点空间分配给程序	只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统为程序提供内存，否则报异常提示栈溢出

举例说明

#include <stdio.h>
char *str1 = "c.biancheng.net";  //字符串在常量区。不会随着 func() 的运行结束而销毁，str1在全局数据区
int n;  //全局数据区
char* func(){
    char *str = "C语言";  //字符串在常量区，str在栈区
    return str;
}
int main(){
    int a;  //栈区
    char *str2 = "01234";  //字符串在常量区，str2在栈区
    char *pstr = func();  //栈区
    int b;  //栈区
}

内存泄露

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内存对齐

什么是内存对齐？

现代计算机中内存空间都是按照字节划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但是实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k（通常它为4或8）的倍数，这就是所谓的内存对齐。

为什么要进行内存对齐？——提高数据读取效率
比如当我们保证所有double类型的数据的地址对齐成8的倍数时，我们就可以用一次内存操作来读写值，否则可能需要两次内存访问，因为对象可能放在两个8字节的内存块中

对齐原则：任何K字节的基本对象的地址必须是K的倍数

具体如何对齐举例一：

//32位系统
#include<stdio.h>
struct
{
    int i;    
    char c1;  
    char c2;  
}x1;

struct{
    char c1;  
    int i;    
    char c2;  
}x2;

struct{
    char c1;  
    char c2; 
    int i;    
}x3;

int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(x1));  // 输出8
    printf("%d\n",sizeof(x2));  // 输出12
    printf("%d\n",sizeof(x3));  // 输出8
    return 0;
}

举例二：

class A{
int a //4
short b //4
int c //4
short d //4
}

A的实例占16字节

怎么优化？——调整字段的存放顺序

class A{
int a //4
int c //4
short b //2
short d //2
}

现在一共占12字节

现在B继承A

class B : A{
short e 
}

B类的实例占多少字节？
——20字节
编译器为啥不把e和d挨着放呢？
因为如果放一起的话，A类对象仍然认为d独占4字节，所以会把e也取出来，造成错误。