一、内存分配内存管理向来是C/C+程序设计的一块雷区，大家都不怎么愿意去碰她，但是有时不得不碰它。虽然利用C+中的smart pointer已经可以完全避免使用指针，但是对于对于指针的进一步了解，有助于我们编写出更有效率的代码，也有助于我们读懂以前编写的程序。 五大内存分区 在C+中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。 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。 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。 自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。 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。 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，而且方法很多，在const的思考一文中，我给出了6种方法） 明确区分堆与栈 在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。 首先，我们举一个例子： void f() int* p=new int5; 这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下： 00401028 push 14h 0040102A call operator new (00401060) 0040102F add esp,4 00401032 mov dword ptr ebp-8,eax 00401035 mov eax,dword ptr ebp-8 00401038 mov dword ptr ebp-4,eax 这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p么？澳，错了，应该是delete p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。 好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？ 主要的区别由以下几点： 1、管理方式不同； 2、空间大小不同； 3、能否产生碎片不同； 4、生长方向不同； 5、分配方式不同； 6、分配效率不同； 管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memory leak。 空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改： 打开工程，依次操作菜单如下：Project-Setting-Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。 碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。 生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。 分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。 分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C+函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。 从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。 虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。 无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：） 对了，还有一件事，如果有人把堆栈合起来说，那它的意思是栈，可不是堆，呵呵，清楚了？ new/delete究竟做了些什么？ 在理解这个问题之前，我们必须先搞清楚，在C+中new/delete究竟做了些什么。例如，有这么一个程序段： class A public: A() coutA is here!endl; A() coutA is dead!endl; private: int i; ; A* pA=new A; delete pA; 在这个简单的程序段里面，new/delete究竟做了些什么？ 实际上，这段程序里面隐含调用了一些我们没有看到的东西，那就是： static void* operator new(size_t sz); static void operator delete(void* p); 值得注意的是，这两个函数都是static的，所以如果我们重载了这2个函数（我们要么不重载，要重载就要2个一起行动），也应该声明为static的，如果我们没有声明，系统也会为我们自动加上。另外，这是两个内存分配原语，要么成功，要么没有分配任何内存。 size_t是什么东西呢？我在第一次看到这个动动的时候也是十分的困惑，毕竟以前没有见过。size_t在中定义，是一种无符号整数类型（不一定是int），用来保存对象的大小，这一用法是从C语言中借用过来的，现在你应该明白了吧（我学习的时候可是郁闷了好几天，没有人可以问，因为不知道有个csdn:） new A;实际上做了2件事：调用opeator new，在自由存储区分配一个sizeof(A)大小的内存空间；然后调用构造函数A()，在这块内存空间上类砖砌瓦，建造起我们的对象。同样对于delete，则做了相反的两件事：调用析构函数A()，销毁对象，调用operator delete，释放内存。不过需要注意的是，new分配一块内存的时候，并没有对这块内存空间做清零等任何动作，只是拿了过来，这块内存上放的仍然是原来的数据（垃圾数据），delete的时候，也只是释放这块内存，归还给操作系统，上面的数据还在上面，所以delete pA之后，pA的值没变，他指向的那块内存的值也没有变，不过似乎有什么问题，我们看一下下面的这个程序段：int *p=new int(50000);cout*p pendl;delete p;cout*p pendl; 我们可以清楚地看到，指针p存放的数据仍然是原来的地址，但是*p的内容却发生了变化，在我的机器上（win2000, VC6)始终是-572662307，不清楚这是为什么，难道系统做了什么手脚？还望高手指教。 在这里我们可以看到，new的工作实际上就是保证相互分离的存储分配和初始化工作能够很好的在一起工作，不过这里可能让初学者迷惑的是，我们定义了一个带有参数的new，但是我们用的时候却没有显式的去调用，而是让系统“神秘”的去提供这个参数。是的，这样做毫无疑问增加了复杂性，但是让基类获取了为一集派生类提供分配和释放服务的能力。 new/delete有什么好处和坏处？ 从C程序员转换过来的C+程序员总是有个困惑：new/delete到底究竟和C语言里面的malloc/free比起来有什么优势？或者是一样的？ 其实，就算我不说，你也应该很清楚了，new/delete当然比malloc/free要好，要不然，为什么还引进这个东东呢？其实通过上面的分析，我们看到了new/delete实际上做了很多malloc/free没有做的事情:malloc/free只是对内存进行分配和释放；new/delete还负责完成了创建和销毁对象的任务。 另外，new的安全性要高一些，因为他返回的就是一个所创建的对象的指针，对于malloc来说返回的则是void*，还要进行强制类型转换，显然这是一个危险的漏洞。 最后，我们可以对new/delete重载，使内存分配按照我们的意愿进行，这样更具有灵活性，malloc则不行。 不过，new/delete也并不是十分完美，大概最大的缺点就是效率低（针对的是缺省的分配器），原因不只是因为在自由存储区上分配（和栈上对比），具体的原因目前不是很清楚，不过在MCD上说了2个可能的原因： 1、new只是对于堆分配器（malloc/realloc/free）的一个浅层包装，没有针对小型的内存分配做优化。 2、缺省分配器具有通用性，它管理的是一块内存池，这样的管理往往需要消耗一些额外空间。 各种各样的new 一般来说，new有很多种形式，不过真的归纳起来，也就是2种： 1、最常用的形式：