C 記憶體管理

記憶體管理是c++最令人頭痛的問題，也是c++最有爭議的地方。c++高手從中獲得了更好的效能，更大的自由，c++菜鳥獲取的則是一遍一遍的檢查**。而這一切都源於c++記憶體管理的靈活性，其多樣的記憶體分配方式就是其靈活性的最好例證之一。

2.堆與棧的區別

3.常見的記憶體處理規則

乙個程式要執行，就必須先將可執行的程式載入到計算機記憶體裡，程式載入完畢後，會形成乙個執行空間，並按照下圖所示進行布局。

這些資料可以動態地反應程式中對函式的呼叫狀態，通過其軌跡也可以研究其函式機制。其中，除了**區不是我們能在**中直接控制的，剩餘三塊都是我們編碼過程中可以利用的。

在c++中，資料區又被分成自由儲存區、全域性/靜態儲存區和常量儲存區，再加上堆區、棧區，也就是說記憶體被分成了5個區。這5種不同的分割槽各有所長，適用於不同的情況。

在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元將自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是所分配的記憶體容量有限。

堆是作業系統中的術語，是作業系統所維護的一塊特殊記憶體，用於程式的記憶體動態分配，c語言使用malloc從堆上分配記憶體，使用free釋放已分配的對應記憶體。

自由儲存區是c++基於new操作符的乙個抽象概念，凡是通過new操作符進行記憶體申請，該記憶體即為自由儲存區。

全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中，在以前的c語言中，全域性變數又分為初始化的和未初始化的，在c++裡面沒有作此區分，它們共同占用同一塊記憶體區。

比較特殊，裡面存放的是常量，不允許修改。

棧是由編譯器自動管理的，無須手工控制；堆的釋放工作由程式設計師控制，容易產生記憶體洩漏。

一般來說在32位系統下，堆記憶體可以達到4gb（2^32b = 4 * 2^30b = 4gb）的空間，從這個角度來看堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講，一般都是有一定空間大小的。例如，vs2017預設棧空間大小是1m。

對堆來講，頻繁的new/delete會造成記憶體空間的不連續，從而產生大量的碎片，使程式效率降低。對於棧來講，則不存在這個問題，因為棧是佇列，其中的資料必須遵循先進後出的規則，相互之間緊密排列，絕不會留給其他資料可插入之空隙，所以永遠都不可能有乙個記憶體塊從棧中間彈出。

對於堆來講，其生長方向是向上的，也就是向著記憶體位址增加的方向增長；對於棧來講，它的生長方向是向下的，是向著記憶體位址減小的方向增長的。

堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆。棧有兩種分配方式：靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的，比如區域性變數的分配。動態分配由alloca函式完成，但是棧的動態分配和堆是不同的，它的動態分配是由編譯器進行釋放的，無須我們手工實現。

棧是系統提供的資料結構，計算機會在底層對棧提供支援：它會分配專門的暫存器存放棧的位址，而且壓棧出棧都會有專門的指令來執行，這就決定了棧的效率比較高。堆則是c/c++函式庫提供的，它的機制很複雜，例如為了分配一塊記憶體，庫函式會按照一定的演算法（具體的演算法可以參考資料結構/作業系統）在堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由於記憶體碎片太多），則可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間，這樣就有機會分到足夠大小的記憶體了，然後返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

堆和棧相比，由於堆使用了大量new/delete，容易造成大量的記憶體碎片，而且它沒有專門的系統支援，效率很低，另外它還可能引發使用者態和核心態的切換，以及記憶體的申請，代價會變得很高。所以棧在程式中是應用最廣泛的，就算是函式的呼叫也會利用棧去完成，函式呼叫過程中的引數、返回的位址、ebp和區域性變數都是採用棧的方式存放的。所以，推薦大家盡量多用棧，而不是用堆。

雖然棧有如此多的好處，但是由於和堆相比它不是那麼靈活，有時候會分配大量的記憶體空間，在遇到這種情況時還是用堆好一些。

【規則1】用malloc或new申請記憶體之後，應該立即檢查指標值是否為null。防止使用指標值為null的記憶體。

【規則2】不要忘記為陣列和動態記憶體賦初值。防止將未被初始化的記憶體作為右值使用。

【規則3】避免陣列或指標的下標越界，特別要當心發生「多1」或者「少1」操作。

【規則4】動態記憶體的申請與釋放必須配對，防止記憶體洩漏。

【規則5】用free或delete釋放了記憶體之後，立即將指標設定為null，防止產生「野指標」。

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