侯捷 C++ 课程学习笔记：学习侯捷课程后对 C++ 内存分配的新认知

最新推荐文章于 2025-03-25 11:03:53 发布

yzz19900508

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文章标签： java 开发语言

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在接触侯捷老师的 C++ 课程之前，我对 C++ 内存分配的理解基本停留在使用new和delete进行动态内存分配与释放的常规操作上。对于内存分配背后复杂的机制、不同内存区域的特性以及如何优化内存使用，缺乏深入的认识。随着课程学习的逐步深入，我对 C++ 内存分配有了全新且全面的理解，这极大地影响了我在实际编程中的内存管理策略。

学习前对内存分配的常规认知

在以往的编程实践中，当需要动态创建对象或数组时，我通常使用new运算符，例如：

int* dynamicArray = new int[10];

for (int i = 0; i < 10; ++i) {

dynamicArray[i] = i;

}

// 使用完后记得释放内存

delete[] dynamicArray;

对于简单的程序，这种方式能够满足基本的内存需求。但我并没有过多思考内存是从哪里分配的，以及分配和释放内存的效率问题。在处理复杂数据结构或大型项目时，这种浅层次的认知导致我在内存管理方面遇到了诸多问题，如内存泄漏、频繁的内存碎片等。

侯捷课程中的关键知识点

堆内存与栈内存分配机制

侯捷老师在课程中详细讲解了 C++ 中堆内存和栈内存的分配机制。栈内存由编译器自动管理，用于存储局部变量、函数参数等。当函数被调用时，其局部变量在栈上分配内存，函数结束时，这些内存自动被释放。例如：

void function() {

int localVar = 10; // localVar存储在栈上

} // 函数结束，localVar的内存自动释放

而堆内存则需要程序员手动管理，通过new和delete（或malloc和free）来分配和释放。堆内存的分配相对灵活，但也容易出现内存管理问题。例如，在使用new分配内存时，可能会因为内存不足而导致分配失败，此时需要进行错误处理：

int* ptr = nullptr;

try {

ptr = new int;

} catch (const std::bad_alloc& e) {

std::cerr << "Memory allocation failed: " << e.what() << std::endl;

}

if (ptr) {

*ptr = 20;

delete ptr;

}

智能指针在内存分配中的应用

课程中着重强调了智能指针在内存分配管理中的重要作用。智能指针，如std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr，能够自动管理所指向对象的生命周期，有效避免内存泄漏。以std::unique_ptr为例，它独占所指向对象的所有权，当std::unique_ptr离开其作用域时，会自动释放所指向的对象：

#include <memory>

void process() {

std::unique_ptr<int> uniquePtr(new int(30));

// 对uniquePtr所指向的对象进行操作

} // uniquePtr离开作用域，所指向的int对象自动释放

std::shared_ptr允许多个指针共享同一对象的所有权，通过引用计数来管理对象的生命周期。当引用计数降为 0 时，对象自动被释放：

#include <memory>

int main() {

std::shared_ptr<int> sharedPtr1(new int(40));

std::shared_ptr<int> sharedPtr2 = sharedPtr1; // 引用计数增加

return 0;

} // sharedPtr1和sharedPtr2离开作用域，引用计数降为0，对象被释放

内存池技术

侯捷老师还介绍了内存池技术，这是一种优化内存分配的有效方法。内存池预先分配一块较大的内存区域，当程序需要分配小内存块时，直接从内存池中获取，而不是每次都向操作系统申请内存。当内存块使用完毕后，再将其归还到内存池中。这种方式减少了频繁的系统调用，提高了内存分配的效率，同时也减少了内存碎片的产生。例如，在一个频繁创建和销毁小对象的程序中，使用内存池可以显著提升性能：

class MemoryPool {

private:

char* pool;

size_t poolSize;

size_t blockSize;

char* nextBlock;

public:

MemoryPool(size_t size, size_t block) : poolSize(size), blockSize(block) {

pool = new char[poolSize];

nextBlock = pool;

}

void* allocate() {

if (nextBlock + blockSize > pool + poolSize) {

return nullptr; // 内存池耗尽

}

void* result = nextBlock;

nextBlock += blockSize;

return result;

}

~MemoryPool() {

delete[] pool;

}

};

内存对齐与优化

内存对齐也是课程中的一个重要知识点。编译器为了提高内存访问效率，会按照一定规则对数据进行对齐存储。不同类型的数据在内存中的起始地址需要满足特定的对齐要求，通常是该数据类型大小的整数倍。例如，对于一个包含不同类型成员的结构体：

struct MyStruct {

char a;

int b;

short c;

};

在某些编译器下，MyStruct的大小可能并不是简单的1 + 4 + 2 = 7字节，而是会根据对齐规则进行填充，实际大小可能为 8 字节或 12 字节。了解内存对齐规则，有助于在设计数据结构时，合理安排成员顺序，减少内存浪费，提高内存访问效率。

内存分配在实际项目中的影响与优化

游戏开发项目中的内存管理

在一个 2D 游戏开发项目中，需要频繁地创建和销毁游戏对象，如角色、道具、场景元素等。最初，使用普通的new和delete进行内存分配和释放，随着游戏对象数量的增加，性能问题逐渐显现。游戏出现卡顿现象，帧率不稳定。通过学习课程中的内存管理知识，引入智能指针来管理游戏对象的生命周期，避免了内存泄漏。同时，采用内存池技术来分配小对象，如游戏中的子弹、粒子效果等。这大大提高了内存分配的效率，减少了内存碎片，游戏的性能得到了显著提升，运行更加流畅。

数据处理程序中的内存优化

在一个处理大量金融数据的程序中，需要频繁地读取、处理和存储数据。数据以不同的数据结构进行组织，如数组、链表、树等。在这个过程中，合理的内存分配和管理至关重要。通过分析数据的访问模式和生命周期，对于频繁访问且生命周期较长的数据，使用静态内存分配或内存池进行管理，减少内存分配和释放的开销。对于临时数据，使用栈内存或智能指针进行管理。同时，注意数据结构的设计，遵循内存对齐规则，提高内存访问效率。这些优化措施使得数据处理程序的运行速度大幅提升，能够更快地处理海量金融数据。

通过学习侯捷老师的课程，我对 C++ 内存分配有了全面且深入的理解。在今后的编程实践中，我将充分运用所学的内存分配知识，根据不同的应用场景选择合适的内存分配方式，优化内存使用，避免内存相关的问题，提高程序的性能和稳定性，为开发高质量的 C++ 项目奠定坚实的基础。