c++内存管理

C和C++内存模型

（1）C语言编程中的内存基本构成

C的内存基本上分为4部分：静态存储区、堆区、栈区以及常量区。他们的功能不同，对他们使用方式也就不同。

1.栈 ——由编译器自动分配释放；
2.堆 ——一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收；
3.全局区（静态区）——全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量
和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域（C++中已经不再这样划分），程序结束释放；

4.另外还有一个专门放常量的地方，程序结束释放；
(a)函数体中定义的变量通常是在栈上；
(b)用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上；
©在所有函数体外定义的是全局量；
(d)加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区）；
(e)在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用；
(f)在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效；
(g)另外，函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。

（2）C++编程中的内存基本构造

在C++中内存分成5个区，分别是堆、栈、全局/静态存储区、常量存储区和代码区；

1、栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区，里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
2、堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如
果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
3、全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在
C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
4、常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改）。
5、代码区 （.text段），存放代码（如函数），不允许修改（类似常量存储区），但可以执行（不同于常量存储区）。

内存模型组成部分：自由存储区，动态区、静态区；

根据c/c++对象生命周期不同，c/c++的内存模型有三种不同的内存区域，即：自由存储区，动态区、静态区。
自由存储区：局部非静态变量的存储区域，即平常所说的栈；
动态区： 用new ，malloc分配的内存，即平常所说的堆；
静态区：全局变量，静态变量，字符串常量存在的位置；
注：代码虽然占内存，但不属于c/c++内存模型的一部分；

一个正在运行着的C编译程序占用的内存分为5个部分：代码区、初始化数据区、未初始化数据区、堆区 和栈区；
（1）代码区（text segment）：代码区指令根据程序设计流程依次执行，对于顺序指令，则只会执行一次（每个进程），如果反复，则需要使用跳转指令，如果进行递归，则需要借助栈来实现。注意：代码区的指令中包括操作码和要操作的对象（或对象地址引用）。如果是立即数（即具体的数值，如5），将直接包含在代码中；
（2）全局初始化数据区/静态数据区（Data Segment）：只初始化一次。
（3）未初始化数据区（BSS）：在运行时改变其值。
（4）栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量的值等，其操作方式类似于数据结构中的栈。
（5）堆区（heap）：用于动态内存分配。

更多见：C和C++内存模型

有了malloc/free为什么还要new/delete？

malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
　　对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。

内存耗尽怎么办？

如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc和new将返回NULL指针，宣告内存申请失败。

全局变量的初始化

什么时候初始化

根据 C++ 标准，全局变量的初始化要在 main 函数执行前完成，常识无疑，但是这个说法有点含糊，main 函数执行前到底具体是什么时候呢？是编译时还是运行时？答案是既有编译时，也可能会有运行时(seriously), 从语言的层面来说，全局变量的初始化可以划分为以下两个阶段（c++11 N3690 3.6.2)：

static initialization: 静态初始化指的是用常量来对变量进行初始化,主要包括 zero initialization 和 const initialization，静态初始化在程序加载的过程中完成，对简单类型(内建类型，POD等)来说，从具体实现上看，zero initialization 的变量会被保存在 bss 段，const initialization 的变量则放在 data 段内，程序加载即可完成初始化，这和 c 语言里的全局变量初始化基本是一致的。

dynamic initialization：动态初始化主要是指需要经过函数调用才能完成的初始化，比如说：int a = foo()，或者是复杂类型（类）的初始化（需要调用构造函数）等。这些变量的初始化会在 main 函数执行前由运行时调用相应的代码从而得以进行(函数内的 static 变量除外)。

需要明确的是：静态初始化执行先于动态初始化！ 只有当所有静态初始化执行完毕，动态初始化才会执行。显然，这样的设计是很直观的，能静态初始化的变量，它的初始值都是在编译时就能确定，因此可以直接 hard code 到生成的代码里，而动态初始化需要在运行时执行相应的动作才能进行，因此，静态初始化先于动态初始化是必然的。
初始化的顺序

对于出现在同一个编译单元内的全局变量来说，它们初始化的顺序与他们声明的顺序是一致的（销毁的顺序则反过来），而对于不同编译单元间的全局变量，c++ 标准并没有明确规定它们之间的初始化（销毁）顺序应该怎样，因此实现上完全由编译器自己决定，一个比较普遍的认识是：不同编译单元间的全局变量的初始化顺序是不固定的，哪怕对同一个编译器，同一份代码来说，任意两次编译的结果都有可能不一样[1]。

因此，一个很自然的问题就是，如果不同编译单元间的全局变量相互引用了怎么办？

当然，最好的解决方法是尽可能的避免这种情况(防治胜于治疗嘛)，因为一般来说，如果出现了全局变量引用全局变量的窘况，那多半是程序本身的设计出了问题，此时最应该做的是回头重新思考和修改程序的结构与实现，而不是急着穷尽技巧来给错误的设计打补丁。